Thiết kế phân xưởng sản xuất phenol bằng phương pháp oxi hóa cumen với năng suất 42.000 tấnnăm.

Phenol đang đóng vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp đặc biệt là ở các nước phát triển. Phenol là nguồn nguyên liệu cho nhiều hợp chất trung gian và sản phẩm cuối cùng quan trọng. Trong công nghiệp chất dẻo phenol dùng để sản xuất nhựa phenol focmandehyt, điều chế các hợp chất trung gian như bisphenol A, styrene, cacprolactam. Do đó, trên thế giới, việc sản xuất phenol có chất lượng cao ở quy mô lớn rất được quan tâm. Trong những năm gần đây, rất nhiều dự án nhà máy phenol được xây dựng ở khu vực châu Á như tại Ấn Độ, Trung Quốc, Thái Lan. Ở Việt Nam dù nhu cầu về phenol khá lớn nhưng công nghệ sản xuất phenol và axeton chưa phát triển. Phần lớn lượng phenol trong nước phải nhập khẩu từ nước ngoài. Vì vậy, việc tìm hiểu và lựa chọn các phương pháp, công nghệ sản xuất phenol phù hợp có ý nghĩa rất quan trọng. Đồ án của em gồm 03 phần chính: Chương 1: Tổng quan về sản xuất phenol Chương 2: Thiết kế dây chuyền sản xuất phenol Chương 3: Tính toán dây chuyền sản xuất phenol

VIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌC

****OoO****

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH CỬ NHÂN KỸ THUẬT

Đề tài: Thiết kế phân xưởng sản xuất phenol bằng phương pháp oxi hóa

cumen với năng suất 42.000 tấn/năm.

Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Ngọc Khang

Hà Nội, 05/2018MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG 4

DANH MỤC HÌNH 6

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 6

PHẦN MỞ ĐẦU 7

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 8

1.1 Tính chất của phenol 8

1.1.1 Tính chất vật lý 8

1.1.2 Tính chất hóa học 8

1.2 Ứng dụng và tình hình sản xuất, sử dụng phenol 11

1.2.1 Ứng dụng của phenol 11

1.2.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ 12

1.3 Các phương pháp sản xuất phenol 14

1.3.1 Phương pháp oxy hoá cumen 15

1.3.2 Phương pháp nóng chảy kiềm dẫn xuất sunfo (sunfo hoá) 15

1.3.3 Phương pháp clo hoá benzen, thủy phân clo benzen bằng kiềm 16

1.3.4 Phương pháp oxi hoá toluen 17

1.3.5 Oxy hoá trực tiếp benzen 17

1.3.6 So sánh và lựa chọn phương pháp sản xuất 17

1.4 Hóa học phương pháp sản xuất phenol bằng phương pháp oxi hóa cumen 19

1.4.1 Giai đoạn oxi hoá cumen tạo CHP 19

1.4.2 Phản ứng tách hydroperoxit 20

1.5 Công nghệ sản xuất phenol bằng phương pháp oxi hóa cumen 23

1.5.1 Công nghệ sản xuất phenol của Versalis/CB&I 23

1.5.2 Công nghệ sản xuất phenol của ILLA 24

1.5.3 Công nghệ sản xuất phenol của Kellog Brown & Root (KBR) 25

1.6 Nguồn nguyên liệu cho quá trình sản xuất 28

1.6.1 Cumen 29

1.6.2 Oxi không khí 30

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT 32

2.1 Bản vẽ thiết kế 32

2.2 Thuyết minh dây chuyền 32

2.2.1 Quá trình oxi hóa cumen 32

2.2.2 Quá trình cô đặc CHP 32

2.2.3 Quá trình phân hủy CHP 32

2.2.4 Quá trình tinh chế 33

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT 34

3.1 Tính toán cân bằng vật chất 34

3.1.1 Tính toán cân bằng vật chất của thiết bị oxy hóa thứ nhất 34

3.1.2 Tính toán cân bằng vật chất cho thiết bị oxy hóa thứ 2 36

3.1.3 Tính toán cân bằng vật chất thiết bị tách khí không ngưng thứ nhất 38

3.1.4 Tính toán cân bằng vật chất thiết bị tách khí không ngưng thứ 2 38

3.1.5 Tính toán cân bằng vật chất thiết bị hấp phụ 38

3.1.6 Cân bằng vật chất cho thiết bị phân tách cumen 39

3.1.7 Tính toán thiết bị phân hủy CHP 39

3.1.8 Tính toán cân bầng vật chất thiết bị dehydrat hóa DMPC 40

3.1.9 Tính toán thiết bị trung hòa axit 41

3.1.10 Tinh toán tháp chưng tách axeton 42

3.1.11 Tính toán tháp tinh chế axeton 43

3.1.12 Tính toán tháp tách sản phẩm nặng 43

3.1.13 Tính toán cân bằng vật chất tháp tách sản phẩm nhẹ 44

3.1.14 Tính toán tháp tinh chế phenol 44

3.1.15 Cân bằng vật chất cả quá trình 45

3.2 Tính toán cân bằng nhiệt lượng 45

3.2.1 Cân bằng nhiệt lượng trong thiết bị oxy hóa thứ nhất 45

3.2.2 Tính cân bằng vật chất thiết bị oxy hóa thứ 2 48

3.2.3 Cân bằng nhiệt lượng thiết bị ngưng tụ hơi thiết bị phản ứng thứ nhất 51

3.2.4 Cân bằng nhiệt lượng thiết bị ngưng tụ hơi thiết bị phản ứng thứ nhất 52

3.2.5 Cân bằng nhiệt lượng tháp chưng tách cumen 53

3.2.6 Cân bằng nhiệt lượng tháp phân hủy CHP 56

3.2.7 Cân bằng nhiệt lượng tháp phân hủy DMPC 57

3.2.8 Cân bằng nhiệt lượng thiết bị làm lạnh sản phẩm phân hủy 59

3.2.9 Cân bằng nhiệt lượng thiết bị trung hòa axit 60

3.2.10 Cân bằng nhiệt lượng tháp tách axeton 61

3.2.11 Cân bằng nhiệt lượng tháp tinh chế axeton 64

3.2.12 Cân bằng nhiệt lượng tháp tách sản phẩm nặng 67

3.2.13 Cân bằng nhiệt lượng tháp tách sản phẩm nhẹ 70

3.2.14 Cân bằng nhiệt lượng tháp tinh chế phenol 72

3.2.15 Lượng nước và hơi đốt dùng trong quá trình 75

KẾT LUẬN 76

TÀI LIỆU THAM KHẢO 77

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Tính chất vật lý của phenol [1] 5

Bảng 1.2 Quy mô sản xuất cumen và phenol của các công ty trên thế giới năm 2012 [3] 10

Bảng 1.3 Một số dự án sản xuất phenol trên thế giới 11

Bảng 1.4 So sánh giữa các phương pháp sản xuất phenol 17

Bảng 1.5 Bảng so sánh thông số của các công nghệ 29

Bảng 1.6 Bảng so sánh ưu nhược điểm các công nghệ 30

Bảng 1.7 Tính chất vật lý của cumen 32

Bảng 3.1 Cân bằng vật chất thiết bị oxi hóa thứ nhất 40

Bảng 3.2 Cân bằng vật chất thiết bị oxi hóa thứ hai 41

Bảng 3.3 Cân bằng vật chất thiết bị tách khí không ngưng thứ nhất 42

Bảng 3.4 Cân bằng vật chất thiết bị tách khí không ngưng thứ hai 42

Bảng 3.5 Cân bằng vật chất thiết bị hấp phụ 43

Bảng 3.6 Cân bằng vật chất cho thiết bị phân tách cumen 43

Bảng 3.7 Cân bằng vật chất cho thiết bị phân hủy CHP 44

Bảng 3.8 Cân bằng vật chất cho thiết bị phân hủy DMPC 45

Bảng 3.9 Cân bằng vật chất cho thiết bị trung hòa axit 46

Bảng 3.10 Cân bằng vật chất cho thiết bị chưng tách axeton 46

Bảng 3.11 Cân bằng vật chất cho tháp tinh chế axeton 47

Bảng 3.12 Cân bằng vật chất cho tháp tách sản phẩm nặng 47

Bảng 3.13 Cân bằng vật chất tháp tách sản phẩm nhẹ 48

Bảng 3.14 Cân bằng vật chất tháp tinh chế phenol 48

Bảng 3.15 Cân bằng vật chất cả quá trình 49

Bảng 3.16 Cân bằng nhiệt lượng thiết bị oxy hóa thứ nhất 51

Bảng 3.17 Cân bằng nhiệt lượng thiết bị oxy hóa thứ hai 54

Bảng 3.18 Cân bằng nhiệt lượng thiết bị ngưng tụ hơi sản phẩm thứ nhất 56

Bảng 3.19 Cân bằng nhiệt lượng thiết bị ngưng tụ hơi sản phẩm thứ hai 57

Bảng 3.20 Nhiệt lượng nguyên liệu vào tháp tách cumen 58

Bảng 3.21 Nhiệt lượng sản phẩm đáy tháp tách cumen 58

Bảng 3.22 Bảng cân bằng nhiệt lượng tháp tách cumen 60

Bảng 3.23 Nhiệt lượng đầu vào tháp phân hủy CHP 60

Bảng 3.24 Nhiệt lượng đầu ra tháp phân hủy CHP 61

Bảng 3.25 Nhiệt lượng đầu vào tháp phân hủy DMPC 62

Bảng 3.26 Nhiệt lượng đầu ra tháp phân hủy DMPC 62

Bảng 3.27 Nhiệt lượng đầu vào thiết bị làm lạnh sản phẩm phân hủy 63

Bảng 3.28 Nhiệt lượng đầu ra thiết bị làm lạnh sản phẩm phân hủy 63

Bảng 3.29 Nhiệt lượng đầu vào thiết bị trung hòa axit 64

Bảng 3.30 Nhiệt lượng đầu ra thiết bị trung hòa axit 65

Bảng 3.31 Nhiệt lượng nguyên liệu vào tháp tách axeton 65

Bảng 3.32 Nhiệt lượng sản phẩm đáy tháp tách axeton 66

Bảng 3.33 Nhiệt lượng sản phẩm đỉnh tách ra khỏi tháp tách axeton 66

Bảng 3.34 Nhiệt lượng sản phẩm đỉnh tháp tách axeton 67

Bảng 3.35 Bảng cân bằng nhiệt lượng tháp tách cumen 68

Bảng 3.36 Nhiệt lượng sản phẩm đáy tháp tinh chế axeton 69

Bảng 3.37 Nhiệt lượng sản phẩm đỉnh tách ra khỏi tháp tinh chế axeton 69

Bảng 3.38 Nhiệt lượng sản phẩm đỉnh tháp tinh chế axeton 70

Bảng 3.39 Bảng cân bằng nhiệt lượng tháp tinh chế axeton 71

Bảng 3.40 Nhiệt lượng sản phẩm đỉnh tách ra khỏi tháp tách sản phẩm nặng 72

Bảng 3.41 Nhiệt lượng sản phẩm đỉnh tháp sản phẩm nặng 72

Bảng 3.42 Bảng cân bằng nhiệt lượng tháp tinh tách sản phẩm nặng 73

Bảng 3.43 Nhiệt lượng sản phẩm đỉnh tháp tách sản phẩm nhẹ 74

Bảng 3.44 Nhiệt lượng sản phẩm ra khỏi đỉnh tháp tách sản phẩm nhẹ 75

Bảng 3.45 Nhiệt lượng sản phẩm đỉnh tháp tách sản phẩm nhẹ 75

Bảng 3.46 Bảng cân bằng nhiệt lượng tháp tinh tách sản phẩm nặng 76

Bảng 3.47 Nhiệt lượng sản phẩm đỉnh lấy ra khỏi tháp tách tinh chế phenol 77

Bảng 3.48 Nhiệt lượng sản phẩm đỉnh tháp tinh chế phenol 77

Bảng 3.49 Bảng cân bằng nhiệt lượng tháp tinh chế phenol 78

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Ứng dụng của phenol [4] 12

Hình 1.2 Nhu cầu tiêu thụ phenol ở các khu vực khác nhau 13

Hình 1.3 Sơ đồ công nghệ của Versalis/CB&I 23

Hình 1.4 Sơ đồ công nghệ của ILLA 24

Hình 1.5 Sơ đồ công nghệ của KBR 25

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

PHẦN MỞ ĐẦU

Phenol là một dẫn xuất của dãy thơm được Runge phát hiện lần đầu tiên vào năm

1834, là chất đầu tiên của dãy đồng dẳng với nhóm -OH đính trực tiếp vào vòng thơm.Ban đầu phenol được tách ra từ nhựa than đá, sau này khi nhu cầu phenol tăng lên đáng

kể thì nhiều phương pháp tổng hợp phenol khác nhau đã ra đời Phương pháp côngnghiệp để sản xuất phenol vào những năm đầu tiên của thế kỷ 20 là sunfo hóa benzene,nhưng ngày nay nó đã được thay thế và 95% lượng phenol toàn cầu được sản xuất từcumen bằng phương pháp oxi hóa do ưu điểm lớn là sản xuất đồng thời được axeton cógiá trị cao

Phenol đang đóng vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp đặc biệt là ở cácnước phát triển Phenol là nguồn nguyên liệu cho nhiều hợp chất trung gian và sản phẩmcuối cùng quan trọng Trong công nghiệp chất dẻo phenol dùng để sản xuất nhựa phenolfocmandehyt, điều chế các hợp chất trung gian như bisphenol A, styrene, cacprolactam

Do đó, trên thế giới, việc sản xuất phenol có chất lượng cao ở quy mô lớn rất đượcquan tâm Trong những năm gần đây, rất nhiều dự án nhà máy phenol được xây dựng ởkhu vực châu Á như tại Ấn Độ, Trung Quốc, Thái Lan Ở Việt Nam dù nhu cầu vềphenol khá lớn nhưng công nghệ sản xuất phenol và axeton chưa phát triển Phần lớnlượng phenol trong nước phải nhập khẩu từ nước ngoài Vì vậy, việc tìm hiểu và lựachọn các phương pháp, công nghệ sản xuất phenol phù hợp có ý nghĩa rất quan trọng

Đồ án của em gồm 03 phần chính:

Chương 1: Tổng quan về sản xuất phenol

Chương 2: Thiết kế dây chuyền sản xuất phenol

Chương 3: Tính toán dây chuyền sản xuất phenol

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1.1 Tính chất của phenol

Phenol (hay còn gọi là hydroxybenzen) có công thức phân tử là C6H5OH có cấutạo gồm một nhóm –OH gắn vào một vòng thơm [1]

1.1.1.1 Tính chất vật lý

Ở nhiệt độ thường, phenol là chất rắn màu trắng, nóng chảy ở 40.9oC Ở trạng tháinóng chảy, phenol tinh khiết là chất lỏng không màu, trong suốt Một số tính chất vật lýcủa phenol được trình bày trong bảng sau:

Phenol ít tan trong nước lạnh nhưng có thể hoà tan hoàn toàn ở nhiệt độ lớn hơn68.4℃ Phenol tan trong hầu hết các dung môi hữu cơ, nó dễ tan trong các hydrocacbonthơm, rượu và ete nhưng ít tan trong parafin và không tan trong cacbonat kiềm Phenol

có thể gây bỏng da và mắt khi tiếp xúc trong thời gian dài và rất độc đối với cơ thể khihít phải do đó phải cẩn trọng khi sử dụng [2]

1.1.1.2.1 Tính axit yếu

Phenol có tính axit yếu do đó nó tác dụng được với kiềm mạnh

Tuy nhiên tính axit của phenol rất yếu Ka = 10-0.75 yếu hơn axit cacbonic nên nókhông làm đổi màu quỳ tím Vì vậy, muối phenolat tác dụng với axit cacbonic để tạo lạiphenol.

Phenol cũng tác dụng với axit nitric đậm đặc tạo thành 2,4,6 trinitro phenol (axitpicric) là nguyên liệu cho thuốc nổ

b) Phản ứng halogen hóa

Để thu được sản phẩm thế ở 1 vị trí thì phải tiến hành trong dung môi ClCH2

-CH2Cl ở 0oC Nếu tiến hành ở nhiệt độ thường thì phản ứng xảy ra nhanh và thu đượcsản phẩm thế 3 lần vào vị trí ortho và para

c) Phản ứng sunfo-hóa

Phản ứng thu được 2 đồng phân ở vị trí ortho và para tùy nhiệt độ phản ứng Nếu

ở nhiệt độ thường thì chủ yếu là đồng phân ortho, còn trên 100oC thì chủ yếu là đồngphân para

d) Phản ứng Kolbe - Schimitt

Khi đun natri phenolat trong dòng CO2 tạo thành natrisalisilat sau đó axit hoá đểtổng hợp axit salixylic, đây là nguyên liệu cần thiết để sản xuất aspyrin (axetyl salixylicaxit)

dụng và tình hình sản xuất, sử dụng phenol

1.1.2.1 Ứng dụng của phenol

Phenol có nhiều ứng dụng trong công nghiệp cũng như đời sống hàng ngày Trong

đó, Ứng dụng quan trọng nhất của phenol là để sản xuất nhựa phenol formandehyt bằngcách ngưng tụ phenol với andehyt foocmic Đây là loại nhựa rất quan trọng dùng trongsản xuất bột làm nhựa tấm, sản xuất sơn, keo dán, nhựa xốp [3]

Ngoài ra, 2,2 dipropan (bisphenol A) cũng là một sản phẩm quan trọng của quátrình ngưng tụ phenol với axeton có mặt axit vô cơ Sản phẩm này được dùng nhiềutrong sản xuất nhựa polycarbonate Với nhu cầu sản xuất nhựa ngày càng tăng, 40%phenol công nghiệp được sử dụng để sản xuất bisphenol A [4]

Ứng dụng quan trọng thứ ba của phenol là hydro hoá thành xyclohexanol để sảnxuất sợi tổng hợp nilon và caprolactan

Các dẫn xuất ankyl phenol (diamin, octyl) dùng làm sát trùng và diệt nấm, các dẫnxuất clo phenol như pentaclo phenol dùng trong bảo quản gỗ; 2,4 diclo phenol axeticđược dùng để làm thuốc diệt cỏ, các sản phẩm nitro hoá đặc biệt là axit picric được dùnglàm thuốc nổ Các dẫn xuất của phenol thì được dùng làm thuốc thử, chỉ thị [3]

¸p suÊt + CO2 120-140

o

Hình 1.1 Ứng dụng của phenol [4]

1.1.2.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ

1.1.2.2.1 Trên thế giới

a) Tình hình sản xuất

Tổng sản lượng phenol toàn cầu năm 2012 là 11.47 triệu tấn/năm Khu vực Châu

Á – Thái Bình Dương chiếm tới 5.28 triệu tấn Châu Âu xếp thứ 2 với 3.15 triệu tấn, tiếptheo là Mỹ với 2.93 triệu tấn Trong vài năm tới, các nhà máy sản xuất khác sẽ tiếp tụcđược xây dựng ở Trung Quốc, Hàn Quốc, Ả rập xê út và Thái Lan [5]

Sản lượng phenol trên thế giới đã tăng trung bình 1.8%/năm trong giai đoạn từnăm 2010 dến năm 2015 Và dự đoán sẽ tiếp tục tăng trưởng bình quân 2.7% năm trongcác năm tới

Bảng 1.2 Quy mô sản xuất cumen và phenol của các công ty trên thế giới năm 2012 [4]

97% axeton trên thế giới hiện nay là sản phẩm phụ của quá trình sản xuất phenol[5] Do đó nguồn cung axeton phụ thuộc rất lớn vào ngành công nghiệp phenol

Bảng 1.3 Một số dự án sản xuất phenol trên thế giới

PTT Phenol (Thái Lan) 2016 250.000

Nhu cầu tiêu thụ phenol tăng mạnh nhất ở khu vực Châu Á – Thái Bình Dương.Trong khi đó tiêu thụ tại khu vực Đông Bắc Á đã tăng trưởng liên tục kể từ năm 2012.Trong khi đó, thị trường Bắc Mỹ và Tây Âu duy trì và tăng trưởng rất chậm Thị trườngTrung Đông tăng trưởng rất nhanh do nhu cầu sản xuất BPA để xuất khẩu của khu vựcnày là rất lớn

Hình 1.2 Nhu cầu tiêu thụ phenol ở các khu vực khác nhau

Nhu cầu cho aceton lớn nhất đến từ Trung Quốc (23%), Mỹ (21%), và Tây Âu(20%) Axeton chủ yếu được dùng làm dung môi trong các quá trình tổng hợp hóa chất,dược phẩm, mỹ phẩm, và sản phẩm gia dụng Nhu cầu về axeton được dự đoán tăngtrưởng đều đặn 3.7% mỗi năm trong những năm tới [5]

1.1.2.2.2 Tại Việt Nam

a) Tình hình sản xuất

Ở Việt Nam công nghệ sản xuất Phenol và Axeton chưa phát triển [7]. Trong giaiđoạn từ giờ tới năm 2030 cũng không có dự án nào sản xuất phenol được đưa vào phêduyệt quy hoạch do đó nguồn cung phenol sẽ phải nhập từ nước ngoài, chủ yếu là từ ĐàiLoan hay Singapo [8]

b) Tình hình tiêu thụ

Như đã nêu trên, gần một nửa sản lượng phenol và một lượng lớn axeton được sửdụng để sản xuất BPA và từ đó sản xuất ra Polycarbonate Ở Việt Nam nhu cầu sử dụngcác sản phẩm từ nhựa polycarbonate rất lớn Polycarbonate nên được sử dụng rộng rãi

đĩa CD, DVD, đồ dùng gia đình, kính chống đạn, vât liệu chống cháy, cách nhiệt cách

âm Trong kỹ thuật hạt nhân được dùng làm vách che trong lò phản ứng hạt nhân Nhờ

có khả năng cho ánh sáng truyền qua tốt nên Polycarbonate được sử dụng làm kính chắn,thay thế kính trong các công trình xây dựng, làm tấm lợp lấy sáng, làm đồ trang trí

Mặc dù còn nhiều tranh cãi và e ngại về ảnh hưởng tới sức khỏe củapolycarbonate nhưng nó vẫn được sử dụng rất rộng rãi với các sản phẩm dân dụng Hơnnữa, axeton là một dung môi rất quan trọng trong quá trình tổng hợp các hóa chất, dượcphẩm, mỹ phẩm hay các sản phẩm gia dụng Do đó, nguồn cung phenol và axeton để sảnxuất các sản phẩm cuối cùng đang rất thiếu hụt

1.1.3 Các phương pháp sản xuất phenol

Phenol tinh khiết được tổng hợp lần đầu trong phòng thí nghiệm vào năm 1841

Do nhu cầu rất lớn về phenol thương mại do đó rất nhiều phương pháp tổng hợp đã đượcphát triển [9] Những phương pháp phổ biến nhất đang được sử dụng bao gồm:

- Oxi hoá cumen thành cumen tạo thành phenol và axeton

- Sunfo hoá benzen và sản xuất phenol bằng phương pháp nóng chảy kiềm các dẫnxuất sunfo (Sử dụng trong công nghiệp ở thế kỉ trước)

- Clo hoá benzen và thủy phân clo benzen bằng kiềm (quá trình Raschig-Hooker)

- Oxy hoá toluen thành axit benzen và oxi hoá khử nhóm cacboxyl tạo phenol

- Dehydro hoá hỗn hợp xyclohexanol-xyclohexanon

C 6 H 11 OH  C 6 H 5 OH + 3H 2

- Oxi hoá trực tiếp benzene bằng N2O (quá trình xanh)

1.1.3.1 Phương pháp oxy hoá cumen

Phương pháp này cho phép sản xuất đồng thời phenol và axeton đi từ benzen vàpropylen 95% lượng phenol trên thế giới hiện nay được sản xuất theo phương pháp này

Phương pháp sản xuất phenol bằng cumen được tiến hành qua 2 giai đoạn chính [9]:

- Giai đoạn 1: Oxi hoá cumen tạo ra hydro peroxit.

- Giai đoạn 2: Tách cumen hydroperoxit với sự có mặt của axit.

Phương pháp này thường đi liền với cụm phân xưởng Ankyl hoá benzen bằng propylentạo thành cumen trước đó Hóa học phương pháp cụ thể của quá trình này sẽ được nêu cụthể trong phần sau

1.1.3.2 Phương pháp nóng chảy kiềm dẫn xuất sunfo (sunfo hoá)

Đây là quá trình sản xuất phenol đã được thương mại hoá từ những năm 1914

-1918, do chất lượng của phenol thu được: sản phẩm thu được bằng phương pháp này có

độ tinh khiết rất cao so với các phương pháp khác Các phản ứng chính diễn ra trong quá

trìng tổng hợp phenol theo phương pháp sunfo hóa diễn ra qua 5 giai đoạn [9]:

- Giai đoạn 1: Oxy hoá benzen bằng oleum tại khoảng 1500C

1.1.3.3 Phương pháp clo hoá benzen, thủy phân clo benzen bằng kiềm

Quá trình này hiện đang được sử dụng ở một số nhà máy của Ấn Độ Quá trình này

gồm 5 giai đoạn: [9]

- Giai đoạn 1: Phản ứng clo hoá benzen ở pha lỏng diễn ra ở nhiệt độ 350C với xúc tác

là FeCl3 C6H6 + Cl2  C6H5Cl + HCl (1)

- Giai đoạn 2: Thuỷ phân clorua benzen bằng NaOH tạo thành C6H5ONa và NaCl

C6H5Cl + 2NaOH  C6H5ONa + NaCl + H2O (2)

- Giai đoạn 3: Phenolat tạo thành ở phản ứng (2) sau khi làm lạnh, giảm áp, chưng cất

được chuyển hoá thành phenol theo phản ứng:

- Giai đoạn 4: Phenol thu được đem đi làm sạch bằng chưng cất phân đoạn Sản phẩm

phụ của quá trình bao gồm:

C6H5Cl + C6H5ONa  C6H5OC6H5 + NaCl

- Giai đoạn 5: Lượng diphenyl ete tạo thành sẽ bị phân huỷ tạo thành phenol theo phản

ứng sau:

1.1.3.4 Phương pháp oxi hoá toluen

Quá trình sản xuất phenol được phát triển đầu tiên bởi Dow (Mỹ) Phương trìnhtổng có dạng: C6H5CH3 + 2O2  C6H5OH + CO2 + H2O

Quá trình tiến hành qua 2 giai đoạn:[9]

- Giai đoạn 1: oxy hoá pha lỏng toluen thành axit benzen bằng không khí ở 1400C và áp suất gần 3at trong điều kiện có xúc tác muối coban

2C6H5CH3 + 3O2  2C6H5COOH + 2H2O

- Giai đoạn 2: oxi hoá axit benzoic thành phenol (có xúc tác muối đồng).

2C6H5COOH + O2  2C6H5OH + 2CO2

1.1.3.5 Oxy hoá trực tiếp benzen

Khi ta cho hơi benzen tác dụng với không khí trong điều kiện có hơi nước ở nhiệt

độ cao (400 - 6000C) hoặc oxy hoá dung dịch nhũ tương nước benzen ở điều kiện thườngthì sẽ tạo thành phenol theo phương trình phản ứng sau:

Hiệu suất của phenol là 40 - 60% tính theo benzen Phương pháp này được dùng

để điều chế phenol trong phòng thí nghiệm Trong quá trình oxy hoá trực tiếp benzenthành phenol thì tạo thành nhiều sản phẩm phụ, đặc biệt là biphenyl Đã có rất nhiềubiện pháp để khắc phục nhược điểm trên nhưng đều không có kết quả [9]

1.1.3.6 So sánh và lựa chọn phương pháp sản xuất

Bảng 1.4 So sánh giữa các phương pháp sản xuất phenol

Phương

pháp sản

xuất

Điều kiện công nghệ Chi phí Thiết bị Sản phẩm Hiệu suất

Oxi hóa

cumen nhiệt độ thấpÁp suất và Cao

Thiết bịkhông cầnphải chế tạobởi các vậtliệu đắt tiền

Sản xuất đượcaceton giá trị cao

Giá thành phenolthấp hơn cácphương pháp khác

Cao

Đòi hỏi độbền cao

Nguyên liệuđắt tiền

Nhiều sản phẩmphụ Sử dụng Cloảnh hưởng đến môitrường

75 –80%

Sunfo

hóa

Nhiều giaiđoạn nên chiphí vận hànhrất cao

Thấp Cấu tạo đơngiản

Tận dụng được sảnphẩm phụ (Na2SO3)Sản phẩm phenol có

độ tinh khiết cao

85 –92%

Oxi hóa

toluene

Áp suất cao,nhiệt độ caoQuá trìnhđơn giản

Giá thànhnguyênliệu cao

Chi phívận hànhthấp

Dễ bị ăn mòn Tạo ra sản phẩmphụ

Tạo ra CO2

70 –75%

Oxi hóa

trực tiếp

benzen

Nhiệt độ caoThườngdùng trongphòng thínghiệm

Giá thànhnguyên

Nhiều sản phẩmphụ đặc biệt là

Từ bảng so sánh các phương pháp nêu trên ta nhận thấy rằng, phương pháp sảnxuất phenol bằng phương pháp oxi hóa cumen có nhiều ưu diểm

Đó là quá trình đơn giản, hiệu suất cao lên tới 90%, điều kiện công nghệ mềm do

đó không đòi hỏi thiết bị phải làm từ các vật liệu quá đắt tiền Điểm ưu việt nhất củacông nghệ này đó là sản xuất ra đồng thời axeton là một trong những sản phẩm rất quantrọng và giá trị trong ngành hóa chất Như đã trình bày ở trên, nhu cầu về cả axeton vàphenol ở Việt Nam là rất lớn và đang tăng trưởng hàng năm Do vậy, mặc dù chi phí đầu

tư cho công nghệ này là lớn hơn so với các dây chuyền công nghệ khác nhưng nó đảmbảo được tính ổn định lâu dài, tiết kiệm chi phí vận hành và tạo ra các sản phẩm giá trịcao Nguồn nguyên liệu để sản xuất phenol theo phương pháp này cũng là những nguyênliệu rẻ tiền hơn nhiều so với các công nghệ khác Giá thành để sản xuất ra một tấn phenolcủa phương pháp cumen rẻ hơn nhiều so với các phương pháp còn lại Do đó nó sẽ là sựlựa chọn hàng đầu khi Việt Nam có ý định xây dựng một nhà máy sản xuất phenol trongtương lai

1.1.4 Hóa học phương pháp sản xuất phenol bằng phương pháp oxi hóa cumen

Các nhà máy sản xuất phenol theo phương pháp này thường có phân xưởng khácsản xuất cumen bằng cách alkyl hóa benzene từ nguyên liệu rẻ tiền là propylene để sảnxuất ra hai sản phẩm có giả trị cao là phenol và axeton Do đó công nghệ này có tínhkinh tế rất lớn Quá trình chuyển hóa cumen thành phenol gồm 2 giai đoạn chính [10]:1.1.4.1 Giai đoạn oxi hoá cumen tạo CHP

a) Điều kiện công nghệ:[9]

- Nhiệt phản ứng: Phản ứng tỏa nhiệt ∆H = -801 kJ/kg [2]

- Nhiệt độ: 90 - 1200C

- Áp suất: 0,5 - 0,7 MPa

- Thời gian lưu: 4 – 20h tùy vào nhiệt độ

- Xúc tác: Hydroperoxyt, muối của kim loại Co, Cu, Mn

- Phương pháp tách nhiệt phản ứng: làm lạnh ngoài

b) Đặc điểm của quá trình

Quá trình oxi hoá cumen bằng không khí hoặc khí giàu oxy được thực hiện trongthiết bị phản ứng sủi bọt Quá trình oxy hoá tự xúc tác bởi peroxit Tốc độ phản ứng phụthuộc không những phụ thuộc vào nồng độ của cumen mà còn phụ thuộc vào nồng độcủa cumen hydroperoxyt

Sản phẩm chính được hình thành là cumen hydroperoxit Sản phẩm phụ của quátrình theo cơ chế chuỗi gốc tự do là: dimethylphenylcarbinol (DMPC) và axeton phenol(ACP)

c) Cơ chế phản ứng

Phản ứng xảy ra theo cơ chế gốc tự do

- Giai đoạn khơi mào: Gốc tự do benzylic bậc 3

- Giai đoạn phát triển mạch: Gốc tự do tác dụng với phân tử oxy tạo ra gốc tự dohydroperoxyt Sau đó gốc tự do hydroperoxyt này tác dụng với nguyên tử hydro củaphân tử cumen thứ 2 tạo thành phân từ cumen hydroperoxyt và một gốc tự do bậc bamới

d) Phản ứng phụ

- Tạo Acetonephenol (ACP)

c) Cơ chế phản ứng

Quá trình phân hủy cumen hydroperoxyt xảy ra theo cơ chế cacbocation Giaiđoạn1 của phản ứng, cặp oxy của nhóm hydroxyl của phân tử cumen hydroperoxyt kếthợp với phân tử H3O+ tạo thành ion oxonium Sau đó ion oxonium này được bền hóa khioxy tích điện dương bị tách ra theo một phân tử nước tạo thành một ion oxomium khác.

Sau đó ion phenide tiến lại gần nguyên tử oxy để ổn định nguyển tử oxy được tíchđiện dương (ion phenide là nhóm phenyl với một electron có khả năng tạo liên kết mớivới vòng thơm)

Cacbocation được ổn định bằng phản ứng axit – bazo với một phân tử nước, dẫn tới

sự hình thành của oxonium ion

Sau đó proton sẽ được bền hóa bằng cách tách bỏ proton

Sau đó proton này lại tác dụng với nguyên tử oxy theo phản ứng axit – bazo để tạomột ion oxonium mới

Phân tử oxy tích điện dương còn lại kéo electron trong liên kết oxy – carbon vềphía nó, do đó định vị lại điện tích trên các nguyên tử Một phần điện tích dương trêncarbon sẽ hút e không liên kết của Oxi trong nhóm OH cho phép e trong liên kết oxy vàcarbon ban đầu quay trở lại nguyên tử oxy tích điện âm hơn.

Cuối cùng, một proton được tách ra từ phân tử axeton đã bị proton hóa để tạothành phân tử axeton

d) Các phản ứng phụ

- Ngoài ra còn rất nhiều các phản ứng phụ khác chẳng hạn AMS dưới tác dụng của xúctác axit có thể polime hóa AMS có thể phân hủy thành lượng vết styrene gây cản trởquá trình oxi hóa Các sản phẩm phụ khác có thể hình thành là dicumyl peroxyt.Aceton trùng hợp với nhau tạo 4-hydroxy-4-metyl-2-pentanon sau đó tách nước tạomesityl oxit là một chất rất độc [11]

1.1.5 Công nghệ sản xuất phenol bằng phương pháp oxi hóa cumen

1.1.5.1 Công nghệ sản xuất phenol của Versalis/CB&I

Công nghệ của Versalis có khả nâng sản xuất ra phenol và axeton chất lượng cao.AMS và axeton chất lượng y tế có thể được sản xuất

Hình 1.3 Sơ đồ công nghệ của Versalis/CB&ICumen nguyên liệu cùng với dòng cumen tuần hoàn được đưa vào thiết bị oxyhóa (1) với không khí để tạo ra cumen hydroperoxyt Hơi đi ra từ đỉnh tháp sẽ được làmlạnh và ngưng tụ, khí không ngưng sẽ được thải ra ngoài.

Sản phẩm của quá trình oxi hóa được tăng nồng độ trong thiết bị số 2, dòngcumen tách ra được tuần hoàn lại tháp phản ứng CHP cô đặc được chuyển vào khu vựcthiết bị phân hủy tạo phenol và axeton Dòng sản phẩm từ thiết bị phân hủy được đi vàothiết bị trung hòa (4) trước khi được phân tách

Dòng sản phẩm được trung hòa ban đầu được tách ra thành axeton và dòngcumen, AMS và phenol/sản phẩm nặng AMS sẽ được hydro hóa và tuần hoàn lại dòngnguyên liệu cumen ban đầu Phenol được tách ra khỏi sản phẩm nặng và các sản phẩmnày được đem đi làm nhiên liệu

1.1.5.2 Công nghệ sản xuất phenol của ILLA

ILLA phát triển công nghệ sản xuất phenol của riêng mình với những cải tiến đặcbiệt chỉ có riêng của hãng 30% sản lượng phenol trên thế giới được sản xuất theo côngnghệ này [12]

Hình 1.4 Sơ đồ công nghệ của ILLACumen và dòng cumen tuần hoàn trước hết được xử lý kiềm sau đó mới được đưavào thiết bị oxi hóa dạng sủi bọt Quá trình oxi hóa cho độ chọn lọc lên tới 94.5 – 95% và

độ chuyển hóa khoảng 20% tính theo cumen Khí thải của quá trình oxi hóa được hấpphụ bằng zeolite nhằm loại bỏ tối đa cumen trước khi thải ra môi trường CHP trongdòng ra được tăng nồng độ bằng cách chưng tách và tuần hoàn lại cumen chưa phản ứng

Dòng CHP được phân tách Độ chọn lọc AMS lên đến 90%mol Ở giai đoạn thứnhất CHP bị phân hủy Ở giai đoạn 2, quá trình phân hủy DCP và DMPC chuyển hóathành sản phẩm có giá trị cao hơn là AMS Ở giai đoạn thứ nhất dùng xúc tác H2SO4truyền thống trong khi giai đoạn thứ 2 sử dụng xúc tác NH4HSO4 là xúc tác có độ axittrung bình Quá trình này hạn chế được tối đa sự hình thành dime AMS và cumylphenols

Quá trình chưng tách: Ở tháp chưng tách thứ nhất, acetone, cumen, và một phầnAMS và các cấu tử nhẹ khác được tách ra khỏi phenol và cac sản phẩm nặng Dung dịch

từ tháp tách 1 sau đó tiếp tục được chưng cất phân đoạn để sản xuất AMS AMS có thểtuần hoàn theo dòng cumen hoặc sản xuất AMS để bán trực tiếp

Quá trình tinh chế axeton sử dụng hai tháp Tháp thứ nhất xử lý kiềm để loại bỏandehyt Để ngăn chặn sản phẩm andol ngưng tụ đi vào tháp hoàn thiện sản phẩn axetonthì dòng vào tháp hoàn thiện được lấy ra ở pha hơi ở bên cạnh của phân đoạn tại đó andol

được loại bỏ bằng cách ngưng tụ một phần Quá trình tinh chế phenol sử dụng 3 thápphân tách Sử dụng đồng thời 2 loại xúc tác Một xúc tác chứa zeolite có khả năng cáctạp chất Một xúc tác khác để chuyển hóa HA thành các sản phẩm ngưng tụ sâu Xúc tác

có độ bền nhiệt tốt hơn nhựa trao đổi ion truyền thống

1.1.5.3 Công nghệ sản xuất phenol của Kellog Brown & Root (KBR)

KBR là một trong những công nghệ sản xuất phenol được sử dụng rộng rãi trênthế giới nhờ ưu điểm của nó Hơn 50% sản lượng phenol và hơn 26 nhà sản xuất sử dụngcông nghệ này trên toàn thế giới tính đến năm 2014 [13]

Hình 1.5 Sơ đồ công nghệ của KBRCumen được oxi hóa trong hệ thống oxi hóa (1) với hiệu suất đạt tới 95% tạothành CHP Sau đó CHP được tăng nồng độ trong thiết bị (2) và phân hủy để thu được99% là phenol và aceton trong thiết bị (3) với sự có mặt của xúc tác axit Xúc tác axit sau

đó được loại bỏ và hỗn hợp sau phân hủy sẽ được chưng cất phân đoạn để tạo ra các sảnphẩm có độ tinh khiết cao (4, 5, 6, 7, 8) để phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau

Sản phẩm phụ tạo thành là AMS được hydro hóa thành cumen và tuần hoàn lạivào thiết bị oxi hóa hoặc tinh chế và đem đi bán Dòng sản phẩm nặng có thể được dùnglàm nhiên liệu hoặc được tuần hoàn lại Dòng chất lỏng thải ra sẽ được xử lý sinh học

1.1.5.4 So sánh và lựa chọn công nghệ

Do công nghệ sản xuất phenol từ cumen là một phương pháp kinh điển được pháttriển từ những năm 50 của thế kỷ trước và ngày nay nó vẫn là công nghệ phổ biến nhất.Tất cả các công nghệ trên đều dùng chu trình Hock

1.1.5.4.1 So sánh các thông số của các công nghệ

Bảng 1.5 Bảng so sánh thông số của các công nghệ

Hàm lượng tạp chất

1.1.5.4.2 So sánh ưu nhược điểm của các công nghệ

Bảng 1.6 Bảng so sánh ưu nhược điểm các công nghệ

khiết cao

- Vốn đầu tư ít hơn so với các công nghệ cùng loại

- Tiết kiệm chi phí vận

- Tiêu tốn ít nguyên liệu

- Quá trình oxi hóa

áp suất thấp nên an toàn, thiết bị phản ứng nhỏ gọn

tinh khiết cao

- Tiết kiệm chi phí vận hành và hóa chất

- Quá trình oxi hóa áp suất thấp nên an toàn, thiết bị phản ứng nhỏ gọn

giảm tốc độ phản ứng,tăng thể tích thiết bị[15]

- Chí phí đầu tư rất lớn

suất so với ban đầu[16]

- Chí phí đầu tư rất lớn

cumen thấp

làm giảm tốc độ phản ứng, tăng thể tích thiết bị [15]

- Sử dụng zeolite thaycho than hoạt tính

và nhựa trao đổi ion làm tăng chi phí đầutư

1.1.5.4.3 Lựa chọn công nghệ

Từ bảng so sánh trên ta thấy rằng, công nghệ của KBR có nhiều ưu điểm nhất, trênthực tế công nghệ này đang chiếm tới hơn 50% lượng phenol sản xuất trên toàn cầu [13].Quá trình oxi hóa áp suất thấp nên an toàn, thiết bị phản ứng nhỏ gọn Công nghệnày có ưu điểm là tiết kiệm nguyên liệu đầu vào cho các công nghệ khác Sản phẩm sảnxuất ra có độ tinh khiết rất cao phù hợp để sản xuất các hợp chất trung gian và các sảnphẩm khác như bisphenolA

Cùng với đó công nghệ này cũng có hệ thống xử lý khí thải bằng than hoạt tính và

hệ thống xử lý nước thải sinh học đảm bảo an toàn trong quá trình sản xuất [13] Đây làmột yếu tố rất quan trọng khi mà chúng ta đang mong muốn phát triển kinh tế một cáchbền vững

Các thiết bị trong công nghệ của KBR có thiết kế đặc biệt giúp cho thiết bị phảnứng có kích thước nhỏ gọn, vật liệu không đắt tiền Công nghệ của KBR có độ chọn lọcrất cao 94 – 95% ở quá trình oxi hóa và 99.5% chọn lọc AMS ở quá trình phân hủyhydroperoxyt [15]

Mặc dù có một số nhược điểm như khó nâng cấp sản lượng hay tuổi thọ của cácthiết bị xúc tác thấp hơn so với các thiết bị hấp phụ bằng zeolite nhưng đổi lại lại có giáthành rẻ hơn rất nhiều Do đó công nghệ của KBR là công nghệ phù hợp nhất để xây

1.1.6 Nguồn nguyên liệu cho quá trình sản xuất

Nguyên liệu cần thiết cho quá trình này bao gồm

- Cumen (thường được sản xuất từ phân xưởng alkyl hóa benzene trước đó) có độ tinhkhiết tối thiểu 99.8% [11]

- Oxi (Không khí)

1.1.6.1 Cumen

Nguyên liệu cumen đầu tiên phải được làm sạch tạp chất, đặc biết là có khả nănggây đứt chuỗi thúc đẩy quá trình oxy hóa các hợp chất của lưu huỳnh, styrene, anilin, vàphenol Dùng cumen nguyên liệu yêu cầu độ tinh khiết tối thiểu 99.8% [11]

1.1.6.1.1 Tính chất vật lý của cumen

Cumen hay còn gọi là 2-phenyl propan hay isopropyl benzen, là một chất lỏngkhông màu, linh động, có mùi dễ chịu Cumen không hòa tan trong nước nhưng tan trongcác dung môi hữu cơ như hexan, dietyl ete, tetraclorua cacbon Công thức phân tử:

C9H12 Công thức cấu tạo:

Cumen khó cháy hơn các hydrocacbon thơm khác song giới hạn cháy lại rất caonên bảo quản sẽ khó khăn phức tạp hơn Ngoài ra cumen cũng độc hơn so với các chấtkhác (chỉ kém benzen) nên phải đảm bảo an toàn trong quá trình sử dụng, sản xuất [17]

1.1.6.1.2 Tính chất hóa học

a) Phản ứng cộng hợp:

Cumen có chứa vòng benzene do đó có thể tham gia phản ứng cộng H2 vào vòngthơm để tạo thành isopropylxyclohexan

b) Phản ứng thế: đặc trưng là phản ứng thế electrophyl do benzen có mật độ điện tử cao,

benzen tham gia các phản ứng thế sau:

dính và một số sản phẩm khác Cumen được sử dụng làm dung môi, dùng trong các loạisơn, keo xịt, men, là một thành phần của động cơ nhiên liệu có chỉ số octan cao

1.1.6.2 Oxi không khí

Không khí thường được dùng thay cho oxi tinh khiết vì tính kinh tế [11] Dokhông khí là sẵn có, thiết bị sử dụng không khí cũng rẻ tiền hơn so với thiết bị chế tạodùng oxi tinh khiết So về độ an toàn thì độ an toàn cháy nổ của không khí cao hơn oxirất nhiều

Nếu sử dụng không khí thì không khí trước khi đưa vào thiết bị oxi hóa cần phải

đi qua thiết bị lọc cơ học và nén sau đó được đưa vào thiết bị oxi hóa thông qua vòi phun(sparger) [15]

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT

2.1.1 Bản vẽ thiết kế

Dây chuyền sản xuất phenol bằng phương pháp oxi hóa cumen theo công nghệcủa KBR được trình bày trong bản vẽ

2.1.2 Thuyết minh dây chuyền

Sơ đồ công nghệ sản xuất phenol từ cumen bao gồm 4 công đoạn chính bao gồm quátrình oxi hóa cumen, quá trình phân tách Cumen, quá trình phân hủy CHP, quá trình tinhchế sản phẩm

2.1.2.1 Quá trình oxi hóa cumen

Quá trình này được thực hiện trong hệ thống gồm có 2 tháp sủi bọt (11), (12) Dòngnguyên liệu cumen đi cùng với dòng cumen tuần được đưa vào thiết bị oxi hóa thứ nhất Không khí được được tăng áp qua máy nén (13) đi vào thiết bị oxi hóa (11) và thựchiện quá trình oxi hóa cumen tạo CHP Quá trình này diễn ra ở nhiệt độ 1200C và áp suất

từ 0.5 – 0.7 MPa, hiệu suất 45% Nhiệt của quá trình sẽ được duy trì bằng dòng nguyênliệu cumen có nhiệt độ thấp và thiết bị làm lạnh ngoài (22) Dòng sản phẩm oxi hóa sẽđược đưa sang thiết bị oxi hóa thứ 2 thực hiện quá trình tương tự để tăng độ chuyển hóacủa quá trình đạt 65%

Khí tử đỉnh thiết bị oxi hóa sẽ được đưa vào thiết bị ngưng tụ (22) và vào thiết bị táchkhí không ngưng Cumen sẽ được ngưng tụ lại[1] Dòng khí không ngưng sẽ đưa đưaqua hệ thống hấp phụ bằng than hoạt tính (4) để làm loại bỏ cumen dư trước khi thải ramôi trường

2.1.2.2 Quá trình cô đặc CHP

Dòng ra khỏi thiết bị oxi hóa (12) được đưa vào tháp tách cumen (16) để thựchiện quá trình tách cumen chưa phản ứng ra khỏi CHP để tăng nồng độc CHP Dòngđỉnh tháp được ngưng tụ sau đó cumen thu được ở đỉnh sẽ được tuần hoàn trở lại thiết bịphản ứng thứ nhất

2.1.2.3 Quá trình phân hủy CHP

Dòng sản phẩm đáy tháp tách cumen (16) trộn cùng dòng axit sunfuric và nướcđược bơm sang hệ thống phân hủy CHP (26)

Giai đoạn đầu của quá trình phân hủy này xảy ra trong thiết bị phản ứng phân hủy

tỷ lệ ¼ trước bơm tuần hoàn Nhiệt độ trong khoảng 40 – 800C ở áp suất khí quyển CHPphân ly tạo thành phenol và axeton, tuy nhiên cũng hình thành các sản phẩm phụ nhưdimethylphenylcarbinol (DMPC), dicumyl peroxyt (DCP)

Dòng sản phẩm của quá trình phân hủy đưa sang thiết bị phản ứng (15) được gianhiệt tới 100oC Tại đây, ở giai đoạn thứ 2 của quá trình phân tách, DMPC phân hủy vớixúc tác axit thành AMS và nước Một phần CHP còn dư cũng được phân hủy

Sản phẩm sau khi phân hủy sẽ được làm mát ở thiết bị (22) và đưa sang thiết bịtrung hòa xúc tác axit với dung dịch Natri phenolat Trong thiết bị trung hòa (24) phahữu cơ gồm phenol, axeton, cumen, AMS và các tạp chất được đưa sang các tháp chưngtách Pha nước bao gồm Natri sunfat và các muối của axit hữu cơ được tách ra dưới đáythiết bị được đưa đi xử lý

2.1.2.4 Quá trình tinh chế

Quy trình tinh chế bao gồm rất nhiều các tháp chưng tách Dòng sản phẩm hữu cơsau quá trình phân hủy CHP được đưa vào tháp chưng tách axeton (17) Trong thápchưng tách axeton dòng chứa axeton, cumen, CHP có nhiệt độ sôi thấp hơn ra khỏi đỉnhtháp Dòng đỉnh tháp được ngưng tụ tiếp tục được tinh chế bằng cách đưa vào tháp tinhchế axeton (18), Axeton tinh khiết cao được lấy ra ở đỉnh tháp tinh chế axeton

Dòng đáy của tháp tách axeton được đưa đi vào tháp chưng tách sản phẩm nặng(19) để loại bỏ phần sản phẩm rất nặng như Dime AMS, DMPC, DCP Đỉnh tháp đỉnhtách sản phẩm nặng chủ yếu là phenol, các sản phẩm phụ như AMS, cumen, CHP sẽ đivào tháp tách sản phẩm nhẹ (20) để loại bỏ các sản phẩm nhẹ như AMS, cumen, axeton.Sản phẩm đỉnh tháp tách sản phẩm nhẹ được đưa vào bể chứa AMS thô được tách trênđỉnh tháp có thể được hydro hóa bằng thiết bị có lớp xúc tác cố định Pd [15] để tạo thànhcumen tuần hoàn lại hoặc tiếp tục tinh chế để bán trực tiếp

Sản phẩm đáy tách sản phẩm nhẹ gồm phenol, các tạp chất chưa loại được trongchưng cất trước đó được đi vào tháp tinh chế phenol (21) để chưng tách lần nữa để đảmbảo độ tinh khiết tuyệt đối cho phenol Phenol thu được ở đỉnh tháp đưa vào bể chứa (7).Dòng sản phẩm nặng đáy tháp tinh chế phenol được đưa vào bể chứa sản phẩm nặngđem đi làm nhiên liệu đốt

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT

3.1.1 Tính toán cân bằng vật chất

Các số liệu ban đầu:

- Độ tinh khiết của sản phẩm axeton và phenol là 99%

- Coi thời gian làm việc không tính thời gian sửa chữa bảo dưỡng của nhà máy hàng năm là: 8000 giờ

- Hiệu suất chuyển hóa ở các giai đoạn như sau:

3.1.1.1 Tính toán cân bằng vật chất của thiết bị oxy hóa thứ nhất

Lượng nguyên liệu cumen đầu vào trong là: 4984.07 kg/h = 39872.52 tấn/năm

Giả sử lượng cumen tuần hoàn lại từ đỉnh tháp tách cumen là: 351.72 kg/h

Ta có nguyên liệu cumen đi vào thiết bị oxi hóa thứ nhất là: 4842.04 + 493.74 = 5335.78 kg/h

- Số mol cumen trong nguyên liệu đầu là: nCumen = 5335.78/120=44.46 kmol/h

- Tỷ lệ Cumen/Oxi = 1/1 nên số mol O2 là 44.46 kmol/h

- Oxi chiếm 21% thể tích không khí và N2 chiêm 79% do đó số mol của N2 là:

nN2=44.46x79/21=167.27 kmol/h

Khối lượng oxi sử dụng là: 44.46 x 32 = 1422.88 kg/h

Khối lượng Nito sử dụng là: 167.27 x 28 = 4683.63 kg/h

khí đầu vào.

Lượng oxi đi vào từng tháp phản ứng là: 1422.88 x 0.7 = 996.01 kg/h

Lượng nito đi vào từng tháp phản ứng là: 4683.63 x 0.7 = 3278.54 kg/h

- Hiệu suất của tháp oxi hóa thứ nhất là 45% do đó:

Lượng Cumen phản ứng thành CHP là: 5335.78 x 45% = 2401.10 kg/h

Lượng CHP tạo thành: (1 mol cumen tạo 1 mol CHP)

GCHP = 2401.10120 .152=3041.40 kg /h

Ta có số mol O2 phản ứng bằng số mol Cumen phản ứng

Lượng O2 tham gia phản ứng là: GO2 = 2401.10¿

Xét phản ứng chính tạo cumen hydroperoxyt

Gcumen2 = 2187.67 - 65.63= 2122.04 kg/h

Bảng 3.8 Cân bằng vật chất thiết bị oxi hóa thứ nhất

Thành phần CumenDòng vào (kg/h)Không khí Khí đỉnh thápDòng ra (kg/h)Sản phẩm

Lượng oxi đi vào từng tháp phản ứng là: 1422.88x0.3 = 426.86 kg/h

Lượng nito đi vào từng tháp phản ứng là: 4683.63x0.3 = 1405.09 kg/h

Lượng cumen sang tháp oxi hóa thứ 2 là: 2122.04 kg/h

Lượng CHP đi sang tháp oxi thứ 2 là: 3041.40 kg/h

Lượng sản phẩm phụ DMPC sang tháp oxi thứ 2 là: 846.61 kg/h

- Lượng Cumen tham gia phản ứng với hiệu suất 65% là:

Ta có số mol O2 phản ứng bằng số mol Cumen phản ứng

Lượng O2 tham gia phản ứng là: GO2 = 1379.33120 32+424.41

Lượng O ra khỏi tháp là: 426.86 – 424.41 = 2.45 kg/h

Bảng 3.9 Cân bằng vật chất thiết bị oxi hóa thứ hai

3.1.1.3 Tính toán cân bằng vật chất thiết bị tách khí không ngưng thứ nhất

Ta có lượng cumen lẫn trong khí ra khỏi thiết bị phản ứng thứ nhất: 65.63 kg/h

Giả thiết 10% cumen trong số đó sẽ theo khí đi ra vào tháp hấp thụ Lượng cumen đi vào tháp hấp phụ là: 65.63 x 0.1 = 6.56 kg/h

Như vậy sẽ có 90% lượng cumen quay trở lại thiết bị phản ứng: 65.63 x 0.9 = 59.07 kg/hHiệu suất thiết bị tách khí không ngưng này là 100% nên toàn bộ O2 và N2 sẽ đi ra theo dòng khí không ngưng

Bảng 3.10 Cân bằng vật chất thiết bị tách khí không ngưng thứ nhất