Đồ án điều tiết sinh trƣởng thực vật nhóm ethylene

đưa ra ý tưởng xây dựng một nhà máy sản xuất Ethephon – chất điều tiết sinh trưởng thực vật đang được sử dụng rộng rãi hiện nay.. Nội dung bản thiết kế bao gồm các phần chính sau: Phần 1

SVTH: Trần Trọng Huy – MSSV: 20091259 1

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 6

PHẦN 1: TỔNG QUAN 7

1.1 TỔNG QUAN CHUNG 7

1.1.1 Tổng quan về chất điều tiết sinh trưởng thực vật[1][2] 7

1.1.2 Tổng quan về chất điều tiết sinh trưởng thực vật nhóm ethylene[1][2] 8

1.1.3 Tổng quan về Ethephon 8

1.1.3.1 Tên và tính chất vật lý [9][19][20] 8

1.1.3.2 Tính chất hóa học [8] 11

1.1.3.3 Hoạt tính sinh học và ứng dụng [1][2] 12

1.1.3.4 Các sản phẩm thương mại 13

1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP 14

1.2.1 Phương pháp 1 [11] 14

1.2.2 Phương pháp 2 [10] 15

1.2.3 Phương pháp 3 [12] 16

1.2.4 Phương pháp 4 [12] 17

1.3 QUY TRÌNH SẢN XUẤT ETHEPHON 18

1.3.1 Sơ đồ phản ứng 18

1.3.2 Sơ đồ quy trình sản xuất 19

1.3.3 Thuyết minh dây chuyền 20

1.4 TỔNG QUAN NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT, DUNG MÔI 21

1.4.1 Nguyên liệu sản xuất 21

1.4.1.1 Phosphorus trichloride [16] [14] 21

1.4.1.2 Ethylene oxide [112][13][17] 22

1.4.1.3 Hydrochloric acid 24

1.4.2 Dung môi 25

1.4.2.1 o-dichlorobenzene 25

1.4.2.2 Chloroform 26

PHẦN 2: TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ 27

2.1 TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT 28

2.1.1 Tính cân bằng vật chất trong thiết bị phản ứng 1a 29

2.1.2 Tính cân bằng vật chất trong thiết bị phản ứng 1b 30

2.1.3 Tính cân bằng vật chất trong thiết bị chưng cất 2a 31

2.1.4 Cân bằng vật chất trong thiết bị phản ứng 1c 33

2.1.5 Tính cân bằng vật chất trong thiết bị chưng cất 2b 35

2.1.6 Tính cân bằng vật chất trong thiết bị lọc vẩy ly tâm 3 36

2.1.7 Tính cân bằng vật chất trong thiết bị sấy 4 37

2.2 TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG 39

2.2.1 Tính nhiệt lượng do nguyên liệu mang vào thiết bị (Q1) 39

SVTH: Trần Trọng Huy – MSSV: 20091259 2

2.2.2 Tính nhiệt lượng do sản phẩm mang ra khỏi thiết bị (Q2) 41

2.2.3 Tính nhiệt lượng do phản ứng hóa học sinh ra (Q3) 42

2.2.4 Tính chênh lệch nhiệt lượng do chất tải nhiệt mang vào và mang ra (∆Q) 43

2.2.5 Nhiệt lượng mất mát ra môi trường (Q4) 43

2.3 TÍNH TOÁN CƠ KHÍ THIẾT BỊ CHÍNH 44

2.3.1 Lựa chọn thiết bị 44

2.3.2 Tính đường kính và chiều cao thiết bị 44

2.3.3 Tính độ dày thành của thiết bị 45

2.3.4 Tính đường kính các ống dẫn 48

2.3.4.1 Đường kính ống diester từ tháp chưng cất 2a vào thiết bị phản ứng 1c 48

2.3.4.2 Đường kính ống dẫn dung dịch HCl 37% 49

2.3.4.3 Đường kính ống dẫn sản phẩm hơi 1,2-dichloroethane ở đỉnh 50

2.3.4.4 Đường kính ống dẫn dòng sản phẩm đi ra khỏi đáy thiết bị 51

2.3.4.5 Đường kính ống dẫn dầu nóng vào và ra 51

2.3.5 Nắp và đáy thiết bị 52

2.3.5.1 Tính chiều dày đáy thiết bị 53

2.3.5.2 Tính chiều dày nắp thiết bị 54

2.3.6 Chọn cánh khuấy 54

2.3.7 Chọn mặt bích 54

2.3.7.1 Bích nối thân thiết bị 54

2.3.7.2 Chon bích nối các bộ phận của thiết bị với các đường ống ra, vào 54

2.3.8 Tính và chọn tai treo 55

PHẦN 3: THIẾT KẾ XÂY DỰNG 57

3.1 ĐỊA ĐIỂM XÂY DỰNG 57

3.2.1 Yêu cầu chung 57

3.2.2 Yêu cầu kỹ thuật xây dựng 57

3.2.3 Chọn địa điểm xây dựng 58

3.2 THIẾT KẾ TỔNG MẶT BẰNG NHÀ MÁY 59

3.2.1 Yêu cầu nhiệm vụ 59

3.2.2 Giải pháp thiết kế tổng mặt bằng nhà máy 60

3.2.2.1 Biện pháp phân vùng 60

3.2.2.2 Ưu, nhược điểm của biện pháp phân vùng 61

3.2.3 Tổng mặt bằng nhà máy [3] 61

3.2.4 Thiết kế phân xưởng sản xuất Ethephon 62

PHẦN 4: TÍNH TOÁN KINH TẾ 64

4.1 MỤC ĐÍCH TÍNH TOÁN KINH TẾ 64

4.2 NỘI DUNG TÍNH TOÁN 64

4.2.1 Tính chi phí cố định 64

4.2.1.1 Tính vốn đầu tư xây dựng chung của nhà máy 64

4.2.1.2 Vốn đầu tư cho thiết bị, máy móc của nhà máy 65

SVTH: Trần Trọng Huy – MSSV: 20091259 3

4.2.2 Tính chi phí vốn lưu động 65

4.2.2.1 Chi phí năng lượng cho nhà máy 65

4.2.2.2 Chi phí cho việc mua nguyên liệu 67

4.2.2.3 Lương cho công nhân viên nhà máy 68

PHẦN 5: 71

AN TOÀN LAO ĐỘNG 71

VÀ VỆ SINH MÔI TRƯỜNG 71

5.1 MỤC ĐÍCH 71

5.2 CÔNG TÁC AN TOÀN LAO ĐỘNG 71

5.2.1 Yêu cầu về phòng cháy chữa cháy 71

5.2.2 Trang bị phòng hộ lao động 72

5.3 VỆ SINH MÔI TRƯỜNG 73

5.3.1 Xử lý khí thải 73

5.3.2 Xử lý nước thải 74

5.3.3 Các biện pháp kỹ thuật 74

KẾT LUẬN 75

TÀI LIỆU THAM KHẢO 76

SVTH: Trần Trọng Huy – MSSV: 20091259 4

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Độ tan của ethephon trong một số dung môi 9

Bảng 1.2: Độ độc của Ethephon đối với các loại động vật khác nhau[15] 12

Bảng 1.3: Một số sản phẩm thương mại của Ethephon tại Việt Nam[18] 13

Bảng 1.4: Tính chất vật lý của HCl nguyên chất và dung dịch HCl 37% 24

Bảng 1.5: Độ tan của HCl trong một số dung môi (g/l) 24

Bảng 2.1: Khối lượng các chất đầu vàovà đầu ra thiết bị phản ứng 1a trong 1 mẻ 30

Bảng 2.2: Khối lượng các chất đầu vào và đầu ra thiết bị phản ứng 1b trong 1 mẻ 31

Bảng 2.3: Khối lượng các chất đầu vào và đầu ra thiết bị chưng cất 2a trong 1 mẻ 32

Bảng 2.4: Khối lượng các chất đầu vào và đầu ra thiết bị phản ứng 1c trong 1 mẻ 34

Bảng 2.5: Khối lượng các chất đầu vào và đầu ra thiết bị chưng cất 2b trong 1 mẻ 36

Bảng 2.6: Khối lượng các chất đầu vào, đầu ra thiết bị lọc vẩy ly tâm 3 trong 1 mẻ 37

Bảng 2.7: Khối lượng các chất đầu vào và đầu ra thiết bị sấy 4 trong 1 mẻ 38

Bảng 2.8: Khối lượng các chất đầu vào thiết bị phản ứng 1c trong 1 mẻ 40

Bảng 2.9: Nhiệt dung nguyên tử của một số nguyên tố:[4] 40

Bảng 2.10: Khối lượng các chất đầu ra thiết bị phản ứng 1c trong 1 mẻ 41

Bảng 2.11: Năng lượng của một số liên kết [6] 42

Bảng 2.12: Một số thông số của các nguyên liệu vào thiết bị phản ứng 1c 47

Bảng 2.13: Thành phần dòng diester từ tháp chưng cất 2a vào thiết bị phản ứng 1c 49

Bảng 2.14: Thành phần dòng sản phẩm ra khỏi đáy thiết bị trong 1 mẻ 51

Bảng 2.15: Kích thước bích nối thân thiết bị 54

Bảng 2.16: Kích thước bích nối các ống 55

Bảng 2.17: Kích thước tai treo 56

Bảng 3.1: Các hạng mục công trình của nhà máy 61

Bảng 4.1: Kê khai chi phí đầu tư mua thiết bị máy móc 65

Bảng 4.2: Kê khai điện năng cần dùng trong dây chuyền sản xuất 66

Bảng 4.3: Nhu cầu điện năng thắp sáng của nhà máy 66

Bảng 4.4: Giá nguyên liệu dùng trong nhà máy 68

Bảng 4.5: Lương công nhân, cán bộ làm việc trong nhà máy 68

SVTH: Trần Trọng Huy – MSSV: 20091259 5

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp, em xin cảm ơn ThS Lê Thị Thùy đã tận tình

hướng dẫn trong suốt quá trình tìm hiểu, nghiên cứu, viết đồ án tốt nghiệp

Em cũng xin chân thành cảm ơn thày cô trong bộ môn Công Nghệ Hóa Dược

& BVTV, Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội đã giảng dạy, truyền đạt kiến thức

cần thiết về chuyên ngành, đó là những kiến thức quan trọng, là nền tảng để em có thể hoàn thiện bản đồ án tốt nghiệp

Cuối cùng em xin cảm ơn các bạn, gia đình đã động viên, tạo mọi điều kiện để

em có thể hoàn thiện đồ án tốt nghiệp đúng thời gian quy định

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, tháng 5 năm 2015

Sinh viên Trần Trọng Huy

đưa ra ý tưởng xây dựng một nhà máy sản xuất Ethephon – chất điều tiết sinh trưởng thực vật đang được sử dụng rộng rãi hiện nay Dưới đây là bản thiết kế xây dựng nhà

máy Nội dung bản thiết kế bao gồm các phần chính sau:

Phần 1: Tổng quan về chất điều tiết sinh trưởng thực vật và Ethephon

Phần 2: Tính toán công nghệ

Phần 3: Thiết kế xây dựng

Phần 4: Tính toán kinh tế

Phần 5: An toàn lao động

SVTH: Trần Trọng Huy – MSSV: 20091259 7

PHẦN 1: TỔNG QUAN

1.1 TỔNG QUAN CHUNG

1.1.1 Tổng quan về chất điều tiết sinh trưởng thực vật [1][2]

Thuốc điều tiết sinh trưởng thực vật là những thuốc có khả năng làm tăng hoặc giảm quá trình sinh trưởng và phát triển cửa cây, hoa, quả; với một hàm lượng rất nhỏ, chúng có khả năng làm thay đổi quá trình phát triển bình thường của thực vật Các hormon thưc vật là các hợp chất hữu cơ tự hình thành trong quá trình phát triển của cây Chúng giữ vai trò điều tiết quá trình sinh trưởng, phát triển giữa các bộ phận của cây

Căn cứ vào quá trình tương tác của thuốc và phương thức tác động của nó lên các mô

tế bào thực vật, người ta có thể chia thuốc điều tiết sinh trưởng thực vật thành hai nhóm chính:

- Các loại thuốc có khả năng kích thích sinh trưởng thực vật (các auxin, cytokinin, gibberellin .)

- Các loại thuốc có khả năng ức chế sinh trưởng thực vật (Các antiauxin, nhóm abscisic acid và các dẫn xuất, thuốc trừ cỏ, thuốc làm rụng lá…)

Trong các thuốc kích thích sinh trưởng thực vật thì các thuốc có cấu tạó là các hormon thực vật và các dẫn xuất thế của nó là được quan tâm nghiên cứu nhiều nhất Các chất kích thích sinh trưởng tự nhiên được tạo ra chủ yếu từ những bộ phận còn non của cây như: chồi, lá, quả, rễ, phôi Trong quá trình phát triển và trưởng thành của cây, chất kích thích sinh trường có xu hướng giảm dần

Chất ức chế sinh trưởng thực vật chủ yếu được hình thành và tích lũy trong các bộ phận đã trưởng thành và cơ quan sinh sản của cây: chất ức chế sinh trưởng tăng dần theo sự phát triển và trưởng thành của cây

Các quá trình sinh trưởng và phát triển của cây luôn được điều tiết tỷ lệ giữa các hormon thực vật Quá trình điều tiết này có thể diễn ra nhanh hoặc chậm tùy theo tác động của điều kiện tự nhiên và môi trường sống Dựa vào cấu tạo, đặc điểm và vai trò của các hormon thực vật, người ta đã tổng hợp đựợc các loại thuốc điều tiết sinh trưởng khác nhau, nhằm thúc đẩy quá trình phát triển của thực vật theo hướng có lợi cho con người Các thuốc điều tiết sinh trưởng thực vật có thể tham gia vào tất cả các

SVTH: Trần Trọng Huy – MSSV: 20091259 8

quá trình cơ bản của thực vật, như điều chỉnh quá trình nảy mầm, ra rễ, đâm chồi, phát triển thân, cành, !á, ra hoa, quả

1.1.2 Tổng quan về chất điều tiết sinh trưởng thực vật nhóm ethylene [1][2]

Chất điều tiết sinh trưởng thực vật nhóm ethylene bao gồm ethylene và các chất có thể sinh ra ethylene

Ethylene là chất điều tiết quá trình phát triển nội bào của cây; chúng được hình thành trong quả, lá, mô bào già và các bộ phận khác trong cây Hạt đang nảy mầm, hoa đang nở, các lá già,… đều sinh ethylene Ethylene còn được sinh ra khi tạo các vết thương cho cây

Ethylene lần đầu tiên được phát hiện ra là có khả năng kích thích sự chín quả vào năm 1917

1.1.3 Tổng quan về Ethephon

1.1.3.1 Tên và tính chất vật lý [9][19][20]

- Tên riêng: Ethephon;

- Tên khoa học: (theo danh pháp IUPAC): 2-Chloroethylphosphonic acid

- Tên gọi khác: Ethrel 2-CEPA

- Công thức phân tử: C2H6PO3Cl;

- Khối lượng mol phân tử: 144.485 g/mol;

- Thành phần phần trăm các nguyên tố (tính theo khối lượng):16.62% C; 4.19% H; 21.43% P; 33.22% O; 24.54% Cl;

- Công thức cấu tạo:

- Trạng thái: Điều kiện thường là chất rắn, dạng sáp màu, không có mùi đặc trưng; tinh thể dạng bột, màu trắng;

SVTH: Trần Trọng Huy – MSSV: 20091259 9

- Khối lượng riêng tương đối (20oC): 1650 kg/m3;

- Hệ số phân bố n-octanol/nước:

 Log Pow = -0.63 tại pH = 2, nhiệt độ phòng;

 Log Pow = -1.89 tại pH = 7, nhiệt độ phòng;

 Log Pow = -1.81 tại pH = 10, nhiệt độ phòng;

Bảng 1.1: Độ tan của ethephon trong một số dung môi

Nước (pH < 0.2) >1000 g/l Nước (pH = 4) 800 g/l n-heptane <0.3 mg/l

1,2-dichloroethane 832 mg/l

methanol >600 g/l ethyl acetate >600 g/l acetonitrile >600 g/l dimethylsulfoxide >600 g/l

- Độ bền trong môi trường:

 Bắt đầu bị phân hủy khi pH > 3.5;

 Bắt cháy ở 111oC;

 Tự bốc cháy ở 490oC;

 Phân hủy tỏa nhiệt trong khoảng nhiệt độ 250-400°C (trong môi trường nitơ)

SVTH: Trần Trọng Huy – MSSV: 20091259 10

- Phổ 1H NMR:[19]

- Phổ 13C NMR:[19]

 Cơ chế hoạt động: Ethephon sau khi xâm nhập vào tế bào, bị nước có trong tế bào phân hủy thành Ethylene theo phản ứng:

Trong đó, Ethylene là một hormon nội sinh của thực vật giữ vai trò chính trong quá trình chín và già hóa

 Độ độc: không độc hại với ong; ít độc hại với cá, chim; ít độc với người và gia súc; hoạt chất gây bỏng da và mắt;

Bảng 1.2: Độ độc của Ethephon đối với các loại động vật khác nhau [15]

STT Sinh vật Phép thử Đường tiếp xúc Liều lượng

Công ty TNHH BVTV An Hưng Phát

Công ty TNHH TM -

DV Thanh Sơn Hóa

Nông

đó được tách ra ở áp suất khí quyển Sản phẩm Ethephon có điểm nóng chảy 65° đến 70°C, đạt hiệu suất 95%

 Phân tích ƣu nhƣợc điểm:

- Ưu điểm: Hiệu suất quá trình cao;

- Nhược điểm: Nguyên liệu đầu là sản phẩm thứ cấp, phải tổng hợp

SVTH: Trần Trọng Huy – MSSV: 20091259 15

1.2.2 Phương pháp 2 [10]

 Dây chuyền phản ứng:

 Thuyết minh:

Giai đoạn 1:Tổng hợp 2-chloroethane-phosphonic acid bis(2-chloroethyl) ester

Phosphorus trichloride và o-dichlorobenzene được cho vào thiết bị phản ứng(kín, có khuấy, có hệ thống ngưng tụ hồi lưu) Sau đó điền đầy nitrogen vào trong thiết bị phản ứng Tiến hành khuấy và làm lạnh ở 20°-35°C, ethylene oxide được cho vào từ từ để được hấp thu hoàn toàn

Ethylene oxide được dẫn vào trong 3-5 giờ, trong khi đó vẫnlàm mát bên ngoài bằng nước lạnh Hỗn hợp phản ứng được giữ trong 6 giờ ở nhiệt độ phòng và sau đó làm nóng đến nhiệt độ 160°C và giữ trong 8h

o-dichlorobenzene được chưng cất ra ở 20 mmHg thu được phần còn lại là chloroethane-phosphonic acid bis(2-chloroethyl) ester thô

2-Giai đoạn 2: Thủy phân 2-chloroethane-phosphonic acid bis(2-chloroethyl)

ester thô

Sản phẩm của giai đoạn 1 được đưa vào thiết bị thủy phân có khuấy trộn, đun nóng trong 1 giờ ở 120°C cùng với hydrochloric acid đậm đặc Trong thời gian làm nóng áp suất tăng lên khoảng 5 atm Áp suất của thiết bị được xả qua một thiết bị ngưng tụ và do đó 1,2-dichloroethane hình thành được chưng cất đi Áp suất bên trong thiết bị giảm kéo theo nhiệt độ của hỗn hợp phản ứng giảm xuống 100°C Để duy trì

áp suất và nhiệt độ phản ứng, hydrochloric acid được đẩy vào thiết bị, áp suất lại tăng lên 3 atm Nhiệt độ tăng lên đến 130°C việc cho 1,2-dichloroethane thoát ra và đẩy

SVTH: Trần Trọng Huy – MSSV: 20091259 16

hydrogen chloride được lặp lại hai lần trong khoảng thời gian 1 giờ Sau quá trình đó, phản ứng được duy trì ở 130-140°C trong khoảng 1 giờ nữa

Sau đó, hydrochloric acid và một lượng nhỏ 2-chloroethanol được chưng cất ra

ở nhiệt độ 100°C, đầu tiên ở 40mmHg, cuối cùng ở 2-5mmHg Kết quả thu được acid 2-chloromethane-phosphonic có điểm nóng chảy là 63°-64°C và độ tinh khiết đạt 95% Hiệu suất phản ứng tổng cộng tính theo phosphorustrichloride đạt 92%

 Phân tích ƣu nhƣợc điểm:

- Ưu điểm: Nguyên liệu đầu đơn giản, phổ biến, rẻ; hiệu, suất quá trình cao, sản phẩm thu được có độ tinh khiết khá cao

- Nhược điểm: Thời gian phản ứng dài, chưng cất ở điều kiện độ chân không cao;

đó, hỗn hợp thu được được cô dưới áp suất giảm thu được ethephon kết tinh, đem lọc,

SVTH: Trần Trọng Huy – MSSV: 20091259 17

sau đó tinh chế bằng cách rửa với CH2Cl2 thu được ethephon tinh khiết (> 99%) với hiệu suất 90%

 Phân tích ƣu nhƣợc điểm

- Ưu điểm: Sản phẩm đạt độ tinh khiết cao

- Nhược điểm: Hiệu suất phản ứng thấp, thời gian phản ứng dài

SVTH: Trần Trọng Huy – MSSV: 20091259 18

Lượng di(trimetylsilyl)-2-chloroethylphosphonate (1 eq) thu được ở trên được đem thủy phân bằng nước hoặc methyl alcohol (1,5 eq) ở 20°C trong 1 giờ.Sau đó, hỗn hợp được cô đặc dưới áp suất giảm thì thu được kết tinh ethephon, đem lọc và tinh chế bằng cách rửa với CH2Cl2 Ethephon thu được đạt độ tinh khiết >99% với hiệu suất 90%

 Phân tích ƣu nhƣợc điểm

- Ưu điểm: Các phản ứng đều dễ xảy ra, điều kiện phản ứng đơn giản

- Nhược điểm: Quá trình phản ứng qua nhiều bước, hiệu suất tổng cộng của quá trình thấp; sử dụng acetonitrile độc hại;

1.3 QUY TRÌNH SẢN XUẤT ETHEPHON

Từ những phân tích ưu nhược điểm ở trên, chúng tôi chọn phương pháp 2 để triển khai sản xuất

1.3.1 Sơ đồ phản ứng

SVTH: Trần Trọng Huy – MSSV: 20091259 19

1.3.2 Sơ đồ quy trình sản xuất

Phosphorus trichloride o-dichlorobenzene

Tb phản ứng, 30°C, 9-10h

20°-ethylene

Gia nhiệt lên160°C, 8h

Chưng cất, 30°C, 2-20 mmHg

20°-Kết tinh

Tb thủy phân, 120°-140°C, 3-

HCl

Lọc + Rửa

Sấy Sản phẩm Chloroform

SVTH: Trần Trọng Huy – MSSV: 20091259 20

1.3.3 Thuyết minh dây chuyền

Phosphorus trichloride, o-dichlorobenzene, ethylene oxide được cho vào thiết bị phản ứng nồi 2 vỏ (khuấy và có hệ thống ngưng tụ hồi lưu) Phần trống trong thiết bị được làm đầy bằng nitrogen Tiến hành phản ứng ở 20°-35°C trong 9-11 giờ Sau đó chuyển hỗn hợp sản phẩm sang thiết bị phản ứng nồi hai vỏ thứ 2, gia nhiệt bằng dầu

đến 160°C và giữ trong 8h

Sau khi phản ứng kết thúc, hỗn hợp sản phẩm được đưa sang thiết bị chưng cất chân không loại đệm, o-dichlorobenzene được tách ra ở đáy tháp, 2-chloroethane-phosphonic acid bis(2-chloroethyl) ester thu được ở đoạn luyện được chuyển sang thiết

bị phản ứng nồi 2 vỏ thứ 3 Sau đó hydrochloric acid 37% được đưa vào, phản ứng ở 120-140oC, 3-6 atm Sau khoảng 1 giờ phản ứng, mở van đỉnh tháp để xả khí 1,2-dichloroethane, sau đó bơm thêm hydrochloric acid 37% để áp suất tăng trở lại 3 atm Lặp lại quá trình trên 2 lần trong 1 giờ tiếp theo Sau đó, phản ứng được duy trì ở 130-140°C trong khoảng 1 giờ nữa

Sản phẩm thu được sau phản ứng được đưa sang tháp chưng cất chân không loại đệm Hydrochloric acid, nước và 2-chloroethanol thu được ở đỉnh tháp, ethephon thu được ở đáy tháp Ethephon từ tháp chưng được đưa sang bể kết tinh được làm lạnh ngoài bằng nước, sau đó ethephon kết tinh được lọc rửa bằng chloroform trong thiết bị lọc vảy ly tâm Cuối cùng, ethephon thu được được đem sấy khô, nghiền thành bột và đóng gói

SVTH: Trần Trọng Huy – MSSV: 20091259 21

1.4 TỔNG QUAN NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT, DUNG MÔI

1.4.1 Nguyên liệu sản xuất

 Bị thủy phân trong nước: PCl3 + 3 H2O → H3PO3 + 3 HCl

 Là một chất khử, dễ dàng bị oxi hóa bởi: O2, Cl2, Br2, I2, SO3, H2SO4đn, SOCl2, SeOCl2, KClO3, SeCl4, SbCl5, S2Cl2…

 Áp suất hơi: 1.46 atm tại 20oC;

 Dễ tan trong nước, ethanol, diethyl ether và nhiều loại dung môi hữu cơ khác;

- Tính chất hóa học:

 Phản ứng khử:

 Phản ứng oxy hóa

SVTH: Trần Trọng Huy – MSSV: 20091259 23

 Dễ dàng phản ứng mở vòng với các tác nhân nucleophile theo cơ chế SN2 trong

cả môi trường acid và kiềm Cơ chế:

2 Màu sắc Không màu, trong suốt Không màu, trong suốt

 HCl tan trong nước đạt nồng độ tối đa là 40%, kém tan trong các dung môi hữu

cơ không phân cực…

Bảng 1.5: Độ tan của HCl trong một số dung môi (g/l)

SVTH: Trần Trọng Huy – MSSV: 20091259 27

PHẦN 2: TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ

Nhiệm vụ: Thiết kế phân xưởng sản xuất Ethephon năng suất 500 tấn/năm

Các số liệu ban đầu:

- 10 ngày cho việc bảo dưỡng định kỳ 6 tháng/lần

- 8 ngày cho việc xử lý những sự cố bất thường

- 12 ngày nghỉ lễ, tết trong năm

Như vậy phân xưởng hoạt động 335 ngày/năm Gia sử thời gian chuẩn bị nguyên liệu là 2 giờ, thời gian sản xuất 22 giờ, thời gian vệ sinh thiết bị 2 giờ Tuy nhiên, sản xuất theo kiểu gối đầu nên cứ 12 giờ lại có một mẻ mới được tiến hành Như vậy, mỗi

24 giờ, phân xưởng sản xuất được 2 mẻ

Khối lượng sản phẩm trong một mẻ:

- Sản phẩm đạt độ tinh khiết 95%

- Hiệu suất tổng cộng thiết bị phản ứng la: 95%

- Hiệu suất tổng cộng thiết bị phản ứng 1b: 92%

- Hiệu suất thiết bị chưng cất 2a: 99%

- Hiệu suất thiết bị phản ứng 1c: 93%

- Hiệu suất thiết bị chưng cất 2b: 98%

- Hiệu suất thiết bị lọc vẩy ly tâm 3: 98%

- Hiệu suất thiết bị sấy 4: 100 % (coi như lượng ẩm bay hơi hoàn toàn và lượng ethephon không bị mất mát)

Lượng ethephon tinh khiết trong sản phẩm là:

746.2687 x

= 708.9553 kg/mẻ Lượng Ethephon tinh khiết cần tạo ra theo lý thuyết

Tương đương: 936.4658/144.5 = 6.4807 kmol/mẻ

Tỷ lệ mol phosphorus trichloride và ethylene oxide đưa vào thiết bị là 1:3

Lượng ethylene oxide đưa vào thiết bị:

6.4807x3= 19.4322 kmol/mẻ 855.0168 kg/mẻ Lượng ethylene oxide 99% đưa vào thiết bị:

855.0168 x100/99 = 863.6533 kg/mẻ Lượng tạp chất nguyên liệu ethylene oxide ban đầu: 8.6365 kg/mẻ

Tổng lượng tạp chất do nguyên liệu đầu đưa vào:

18.1764+ 8.6365 = 26.8129 kg/mẻ Lượng o-dichlorobenzene đưa vào lấy xấp xỉ bằng với khối lượng của phosphorus trichloride 98% đưa vào thiết: 900 kg/mẻ[10]

Hiệu suất phản ứng: 95%

Lượng tris-( 2-chloroethyl)-phosphite tạo ra sau phản ứng:

6.4807x 95/100 = 6.1535 kmol/mẻ  1658.3683 kg/mẻ Lượng phosphorus trichloride dư sau phản ứng:

6.4807 – 6.1535 = 0.3239 kmol/mẻ  44.5363 kg/mẻ Lượng ethylene oxide dư sau phản ứng:

Thiết bị phản ứng 1a

2-chloroethyl) Phosphorus trichloride

- Ethylene oxide

- o-dichlorobenzene

- Tạp chất

SVTH: Trần Trọng Huy – MSSV: 20091259 30

19.4322 – 6.1535x3 = 0.9717 42.7548 kg/mẻ Lượng dung môi o-dichlorobenzene sau phản ứng coi như không đổi

Lương tạp chất sau phản ứng coi như bằng lượng tạp chất mà nguyên liệu đầu đưa vào

Bảng 2.1: Khối lƣợng các chất đầu vàovà đầu ra thiết bị phản ứng 1a trong 1 mẻ

(kg/mẻ)

Khối lƣợng đầu ra (kg/mẻ)

- Tris-( phosphite

2-chloroethyl) Phosphorus trichloride

- Ethylene oxide

- o-dichlorobenzene

- Tạp chất

SVTH: Trần Trọng Huy – MSSV: 20091259 31

Lượng 2-chloroethane-phosphonic acid bis(2-chloroethyl) ester tạo ra sau phản ứng:

6.1535x 92/100 = 5.6612 kmol/mẻ  1525.6934 kg/mẻ Lượng tris-( 2-chloroethyl)-phosphite dư sau phản ứng:

6.1535 - 5.6612 = 0.4923 kmol/mẻ  132.6749 kg/mẻ Lượng phosphorus trichloride, ethylene oxide, o-dichlorobenzene, tạp chất coi như không đổi

Bảng 2.2: Khối lƣợng các chất đầu vào và đầu ra thiết bị phản ứng 1b trong 1 mẻ

vào (kg/mẻ)

Khối lƣợng đầu ra (kg/mẻ)

2.1.3 Tính cân bằng vật chất trong thiết bị chƣng cất 2a

Hiệu suất thiết bị: 99%

Lượng o-dichlorobenzene thu được ở đáy: 900x99/100 = 891 kg/mẻ

Thiết

bị chưng cất 2a

2-chloroethane Tris2-chloroethane ( 22-chloroethane chloroethyl)2-chloroethane phosphite

SVTH: Trần Trọng Huy – MSSV: 20091259 32

Lượng o-dichlorobenzene còn trên đỉnh (coi như tạp chất của sản phẩm đỉnh:

900 – 891 = 9 kg/mẻ Lượng tạp chất ở đỉnh gồm 99% lượng tạp chất đầu vào và lượng o-dichlorobenzene trên đỉnh:

26.8129 x 99/100 + 9 = 35.5448 kg/mẻ Lượng 2-chloroethane-phosphonic acid bis(2-chloroethyl) ester thu được ở đỉnh:

1525.6934 x 99/100 = 1510.4365 kg/mẻ

Lượng tris-( 2-chloroethyl)-phosphite thu được ở đỉnh:

132.6748 x 99/100 = 131.3481 kg/mẻ Lượng phosphorus trichloride thu được ở đỉnh:

44.5363 x 99/100 = 44.0909 kg/mẻ Lượng ethylene oxide thu được ở đỉnh:

42.7548 x 99/100 = 42.3273 kg/mẻ Lượng tạp chất ở đáy gồm 1% lượng tạp chất đầu vào và lượng 2-chloroethane-phosphonic acid bis(2-chloroethyl) ester, tris-( 2-chloroethyl)-phosphite, phosphorus trichloride, ethylene oxide ở đáy:

(26.8129 + 1525.6934 + 132.6748 + 44.5363 + 42.7548) x 1/100 = 17.7246 kg/mẻ

Bảng 2.3: Khối lƣợng các chất đầu vào và đầu ra thiết bị chƣng cất 2a trong 1 mẻ

(kg/mẻ)

Khối lƣợng đầu ra (kg/mẻ)

SVTH: Trần Trọng Huy – MSSV: 20091259 33

Sau khi chưng cất, tris-( 2-chloroethyl)-phosphite, phosphorus trichloride, ethylene oxide, o-dichlorobenzene được thu hồi, phần còn lại của sản phẩm đỉnh được được đưa sang thiết bị phản ứng 1c

2.1.4 Cân bằng vật chất trong thiết bị phản ứng 1c

Phương trình phản ứng:

Trong 3 phản ứng trên, phản ứng (2) và (3) là phản ứng phụ với hiệu suất rất thấp nên

để thuận lợi cho việc tính toán, chúng ta chỉ xét cân bằng vật chất theo phản ứng (1) Lượng 2-chloroethane-phosphonic acid bis(2-chloroethyl) ester đưa vào thiết bị:

1510.4365 kg/mẻ 5.6046 kmol/mẻ

Tỷ lệ mol của 2-chloroethane-phosphonic acid bis(2-chloroethyl) ester và HCl trong phản ứng chính là 1:2

Vì HCl cần lấy dư nên ta lấy tỷ lệ là 1:3

Lượng HCl đưa vào thiết bị: 3x5.6046 = 16.8138 kmol/mẻ  613.7037 kg/mẻ

Lượng dung dịch HCl 37% đưa vào thiết bị:

613.7037 x 100/37 = 1658.6586 kg/mẻ Lượng H2O chứa trong dung dịch HCl đưa vào thiết bị:

1658.6586 – 613.7037 = 1044.9549 kg/mẻ

Thiết bị phản ứng 1c

- HCl, H2O

- Tạp chất

SVTH: Trần Trọng Huy – MSSV: 20091259 34

Hiệu suất phản ứng: 93%

Lượng ethephon tạo ra sau phản ứng:

5.6046 x 93/100 = 5.2123 kmol/mẻ  753.1742 kg/mẻ Lượng 2-chloroethane-phosphonic acid bis(2-chloroethyl) ester dư sau phản ứng:

5.6046 - 5.2123 = 0.3923  105.7248 kg/mẻ Lượng dichloroethane sinh ra sau phản ứng:

5.2123 x 2 = 10.4246 kmol/mẻ  1032.0354 kg/mẻ Lượng HCl dư sau phản ứng:

16.8138 – 2x5.2123 = 6.3892 kmol/mẻ  233.2058 kg/mẻ Lượng tạp chất sau phản ứng coi như xấp xỉbằng lượng tạp chất đầu vào

Lượng H2O tham gia phản ứng coi như không đáng kể

Bảng 2.4: Khối lƣợng các chất đầu vào và đầu ra thiết bị phản ứng 1c trong 1 mẻ

(kg/mẻ)

Khối lƣợng đầu ra (kg/mẻ)

SVTH: Trần Trọng Huy – MSSV: 20091259 35

2.1.5 Tính cân bằng vật chất trong thiết bị chƣng cất 2b

Hiệu suất thiết bị: 98%

Lượng ethephon thu được ở đáy tháp: 753.1742 x 98/100 = 738.1107 kg/mẻ

Lượng 2-chloroethane phosphonic acid bis(2-chloroethyl) ester thu được ở đáy tháp:

105.7248 x 98/100 = 103.6103 kg/mẻ Lượng HCl thu được ở đỉnh tháp: 233.2058 x 98/100 = 228.5417 kg/mẻ

Lượng H2O thu được ở đỉnh tháp: 1044.9549 x 98/100 = 1024.0558 kg/mẻ

Lượng tạp chất trong sản phẩm đáy gồm 98% lượng tạp chất đầu vào thiết bị và 2% lượng HCl và H2O không bay lên đỉnh:

35.5448 x 98/100 + (233.2058 + 1044.9549) x 2/100 = 60.3971 kg/mẻ

Lượng tạp chất trong sản phẩm đỉnh gồm 2% lượng tạp chất đầu vào thiết bị và 2% lượng ethephon và 2-chloroethane phosphonic acid bis(2-chloroethyl) ester bay theo lên đỉnh tháp:

35.5448 x 2/100 + (753.1742 + 105.7248) x 2/100 = 17.8889 kg/mẻ

Thiết bị chưng cất 2a

- Tạp chất

SVTH: Trần Trọng Huy – MSSV: 20091259 36

Bảng 2.5: Khối lƣợng các chất đầu vào và đầu ra thiết bị chƣng cất 2b trong 1 mẻ

(kg/mẻ)

Khối lƣợng đầu ra (kg/mẻ)

2.1.6 Tính cân bằng vật chất trong thiết bị lọc vẩy ly tâm 3

Lượng chloroform đưa vào thiết bị: 900 kg/mẻ

Hiệu suất thiết bị là: 96%

Lượng ethephon thu được trong pha rắn:

738.1107 x 96/100 = 708.5863 kg/mẻ Lượng chloroform trong pha lỏng:

900 x 96/100 = 864 kg/mẻ Lượng tạp chất trong pha lỏng gồm 96% lượng tạp chất đầu vào, 96% lượng 2-chloroethane phosphonic acid bis(2-chloroethyl) ester và 4% lượng ethephon:

(60.3971 + 103.6103) x 96/100 + 738.1107 x 4/100= 186.9715 kg/mẻ

Thiết bị lọc vẩy ly tâm 3

SVTH: Trần Trọng Huy – MSSV: 20091259 37

Lượng tạp chất trong pha rắn gồm 4% lượng tạp chất đầu vào, 4% 2-chloroethane phosphonic acid bis(2-chloroethyl) ester và 4% chloroform:

(60.3971 + 103.6103 + 900) x 4/100 = 42.5603 kg/mẻ

Bảng 2.6: Khối lƣợng các chất đầu vào, đầu ra thiết bị lọc vẩy ly tâm 3 trong 1 mẻ

(kg/mẻ)

Khối lƣợng đầu ra (kg/mẻ)

2.1.7 Tính cân bằng vật chất trong thiết bị sấy 4

Hiệu suất thiết bị là: 100%

Lượng ethephon không bị mất mát

Giả thiết lượng tạp chất dễ bay hơi chiếm 10% lượng tạp chất

Lượng hơi ẩm: 42.5603 x 10/100 = 4.2560 kg/mẻ

Vậy lượng tạp chất còn lại sau khi sấy là:

42.5603 – 4.2560 = 38.3043 kg/mẻ

Thiết bị lọc sấy 4

SVTH: Trần Trọng Huy – MSSV: 20091259 38

Bảng 2.7: Khối lƣợng các chất đầu vào và đầu ra thiết bị sấy 4 trong 1 mẻ

(kg/mẻ)

Khối lƣợng đầu ra (kg/mẻ)

Kiểm tra lại:

Khối lượng sản phẩm sau cùng thu được là:

708.5863 + 38.3043 = 746.8906 kg/mẻ ≈ 746.2687 kg/mẻ

Lượng ethephon tinh khiết tạo ra: 708.5863 kg/mẻ ≈ 708.9553 kg/mẻ

Đạt độ tinh khiết là:

708.5863 x 100/746.8906 = 94.8715 % ≈ 95%