TRNG I HC M I CHT KHOA DU KH B MễN LC HểA DU BI TP LN THIT K QU TRèNH SN XUT ACID ACETIC 100.000 tõn/nm GING VIấN HNG DN NHểM PGS.TS : Nguyn Anh Dng Phn A: Tng quan Chng I: Gii thiu chung v acid acetic I.1 Acid Acetic Axit axetic hay gọi axit etanoic, hợp chất hữu điển hình dãy đồng đẳng axit mono cacboxylic, có nhiều ứng dụng sản xuất đời sống, sản phẩm hữu cơ quan trọng đợc sử dụng rộng rãi công nghệ tổng hợp hữu hóa dầu Axit axetic l húa cht quan trng vi nhng ng dng phong phỳ nhiu ngnh sn xut cui dũng nh dt vi, ch bin thc phm v mt s quỏ trỡnh sn xut húa cht cụng nghip ng lc ch yu to thnh xu hng giỏ axit axetic l giỏ nguyờn liu v metanol cng nh nhu cu cui dũng i vi cỏc dn xut ca axit axetic, nh monome vinyl axetat (VAM), axit terephtalic tinh khit (PTA), etyl axetat v anhydric axetic Xu hng ngy cng tng ca vic s dng axetat este lm dung mụi cho mc in, sn v cht kt dớnh cng ó hỡnh thnh vi nm qua, to nhu cu ln v n nh i vi axit axetic [1] VAM l lnh vc s dng cui dũng ln nht i vi axit axetic,dn xut ny ch yu c s dng sn v cht kt dớnh Trong ú, PTA c s dng ch yu sn xut polyeste v si PTA l lnh vc ng dng cui dũng ang phỏt trin nhanh nht, t tc tng trng trờn 4%/nm.VAM, PTA v etyl axetat l ba lnh vc s dng hng u ivi axit axetic nm 2011, lng tiờu th axit axetic cỏc lnh vcny t 3,46 triu tn, 2,16 triu tn v 1,31 triu tn tng ng Ba lnh vcny chim tng cng 75% nhu cu axit axetic ton cu Anhydric axetic v cỏclnh vc s dng cui dũng khỏc chim phn cũn li ca nhu cu axit axetic toncu, vi lng tiờu th 1,05 triu tn v 2,19 triu tn tng ng [1].Trong thi gian 2011-2020, d kin tc tng trng ca lnh vc PTA v etyl axetat s vt quỏ tc tng trng ca lnh vc VAM I.2 Nhu cu axit axetic trờn th gii Nhu cu ton cu i vi axit axetic ó tng liờn tc 10 nm qua Theo Cụng ty nghiờn cu th trng GBI Research, nhu cu axitaxetic ton cu nm 2000 t 6,11 triu tn, sau ú tng lờn n 10,24 triutn vo nm 2011 Mt phn ỏng k ca mc tng ny l nhu cu t khu vc Chõu - Thỏi Bỡnh Dng v M GBI d bỏo xu hng tng t s tip din thi gian ti Nm 2011, M l nc tiờu th axit axetic ln th hai trờn th gii, sau Trung Quc S hi phc ca nn kinh t M hin s giỳp tngmnh nhu cu axit axetic tng lai Trong ú, khu vc Chõu Thỏi Bỡnh Dng s tip tc chim hn 72% nhu cu axit axetic nm 2020 Nhu cu ton cu i vi axit axetic d kin s gia tng vi tc 4,7%/nm trongthi gian t 2011 n 2020, t 15,53 triu tn vo nm 2020 Nhu cu axit axetic nhng nc phỏt trin nh Nht Bn v cphn ln ó n nh Do dõn s khng l, cỏc nc mi ni nh Trung Quc, n , cú tim nng tiờu th rt ln v to nhng c hi tng trng ln iu ny cphn ỏnh tc tng trng ca nhng lnh vc tiờu th cui dũng nh VAM,PTA, etyl axetat v anhydric axetic ti nhng nc ú Nm 2011, nhu cu axit axetic ti chõu ó t n mc nhcao nh nh hng ca th trng Trung Quc - ng lc i vi phn ln nhu cuaxit axetic ton cu Chõu chim hn 60% tiờu th axit axetic trờn th giitrong nm 2011, Trung Quc chim 30% lng tiờu th ny Vi nhng nh mỏy mis i vo hnh thi gian 2011-2020, Trung Quc s tip tc l ng ccho s tng trng ton cu ca sn xut axit axetic nhng nm ti [1] Nhỡn chung, chõu - Thỏi Bỡnh Dng s tip tc l ng lc tng trng cho sn xut axit axetic nhng nm ti v cng s trỡ l ng c cho s tng trng ca th trng axit axetic ton cu Hỡnh Nhu cu s dng acid acetic trờn th gii I.3 Tỡnh hỡnh nc ta Cũng nh nớc Thế giới, nhu cầu sử dụng axit axetic Việt nam ngày cao Hằng năm phải nhập lợng axit axetic lớn Quá trình sản xuất axit axetic nớc chủ yếu phơng pháp vi sinh cho nồng độ axit thấp, suất không cao nên cha đáp ứng đợc nhu cầu Từ năm 1990, số quan nghiên cứu khoa học nớc ta nghiên cứu sản xuất axit axetic công nghiệp Viện Hóa học Công nghiệp nghiên cứu đề tài sử dụng rợu etylic để sản xuất axit axetic Một số quan nghiên cứu khoa học khác nh Viện Hóa học thuộc Trung tâm Khoa học Tự nhiên Công nghệ Quốc gia, khoa Hóa thuộc trờng Đại học Tổng hợp Hà nội quan tâm đến đề tài [2] Nhng nhiều nguyên nhân mà kết nghiên cứu cha đợc áp dụng sản xuất công nghiệp Cho đến nay, gần nh toàn nhu cầu axit axetic nớc ta phải đáp ứng đờng nhập Trớc tình hình mới, hội phát triển cho ngành công nghiệp hóa chất đợc mở ra, trình sản xuất axit axetic có nồng độ cao trở thành vấn đề quan trọng việc tìm phơng pháp sản xuất axit axetic đáp ứng đợc nhu cầu sử dụng có hiệu kinh tế việc làm cần thiết I.4 Cỏc phng phỏp sn xut Axit axetic Để sản xuất axit axetic, ngời ta từ nguồn nguyên liệu khác nhau, với phơng pháp khác nh : phơng pháp tổng hợp, phơng pháp hoá học gỗ, phơng pháp vi sinh Tuy nhiên, để đáp ứng nhu cầu sử dụng axit axetic ngày cao hớng chủ yếu sản xuất axit axetic phơng pháp tổng hợp: Tổng hợp từ oxyt cacbon metanol Cụng ngh sn xut axit axetic t metanol v cacbon monoxyt nhit v ỏp sut cao c hóng BASF a t rt sm(1913) da trờn phn ng: CH3OH + CO > CH3COOH , DH298 = - 138,6 KJ/mol iu kin tin hnh khc nghit v nhit v ỏp sut cng vi s cú mt ca cỏc cht n mũn mnh (cỏc hp cht iodua) ó ngn cn vic thng mi hoỏ cụng ngh ny Nm 1914, cỏc nghiờn cu ca REPPE(BASF) cho thy rng cỏc kim loi nhúm VIII xỳc tỏc cú hiu qu cho quỏ trỡnh cacbonyl hoỏ iu ny dn n vic i v phỏt trin cụng ngh nhit v ỏp sut cao (250oC v 70MPa ) vi xỳc tỏc coban iodua Quỏ trỡnh ny c BASF a vo ỏp dng nm 1960 ti Luwig Shafen (CHLB c) Cụng sut ban u l 3.600 tn/nm Sau ú tng lờn 10.000 tn/nm vo nm 1964 v 35.000 tn/nm vo nm 1970 Nm 1981 cụng sut t 45.000 tn/nm Nm 1966, Borden chemical cú ng xõy dng mt nh mỏy sn xut axit axetic trờn c s cụng ngh BASF ti Geimak ( Bang Louisiana, M) vi nng sut ban u l 45.000 tn/nm sau ú tng lờn 64.000 tn/nm vo nm 1981.Nm 1968, Monsanto cụng b mt khỏm phỏ mi Xỳc tỏc rhodi vi hot tớnh v chn lc rt cao cho phn ng cacbonyl hoỏ metanol(MeOH) thnh axit axetic Metanol cú th cacbonyl hoỏ c ỏp sut thng vi hiu sut chuyn hoỏ l 99% i vi metanol v 90% i vi cacbon monoxyd.Quỏ trỡnh cú s dng xỳc tỏc ny c ỏp dng nm 1970 ti bang Texas_M Cụng sut ban u l 135.000 tn/nm, sau ú tng lờn 180.000 tn/nm vo nm 1975 iu kin tin hnh quỏ trỡnh Monsanto mm hn so vi quỏ trỡnh BASF (3 MPa v 180oC ) [3] Oxy hoỏ axetaldehyt Trc thng mi húa cụng ngh Monsanto, hu ht axit aextic c sn xut bng cỏch ụxy húa axetaldehyt Phng phỏp ny l phng phỏp quan trng th hai cũn c s dng Axetaldehyt cú th c sn xut bng cỏch ụxy húa butan hoc naphtha nh, hoc hydrat húa etylen Khi butan hoc naphtha nh c nung nú khụng khớ cú mt cỏc ion kim loi khỏc nh mangan, coban, v crụm, peroxit v sau ú phõn hy to axit axetic theo phng trỡnh phn ng: 2C4H10 + 5O2 4CH3COOH + 2H2O Phn ng c trng l s kt hp ca nhit v ỏp sut c u chnh sau cho núng cú th gi butan dng lng Cỏc iu kin phn ng c trng l 150 C v 55atm Cỏc sn phm ph cng cú th c to ra, nh butanon, etyl axetat, axit formic, v axit propionic Cỏc sn phm ny cng cú giỏ tr thng mi, v cỏc iu kin phn ng cú th c thay th to s lng sn phm nhiu hn Tuy nhiờn, vic phõn tỏch axit axetic hn hp ny lm cho phng phỏp ny khỏ tn kộm.Cựng cỏc iu kin v s dng cỏc cht xỳc tỏc tng t vic ụxy húa butan, axetaldehyt cú th b ụxy húa bi oxy khụng khớ to axit axetic: 2CH3CHO + O2 2CH3COOH S dng cỏc cht xỳc tỏc hin i, phn ng ny cú th to axit axetic hn 95% Cỏc sn phm ph l etyl axetat, axit formic, v formaldehyt u cú im sụi thp hn axit axetic nờn s d tỏch chỳng bng cỏch chng ct.[4] Oxy hóa trực tiếp hydrocacbon no Oxy hoỏ pha lng(LPO) mt s hydrocacbon bộo, c bit l i vi cỏc HC cú cu trỳc mch thng, di cú th l mt phng phỏp sn xut cỏc axit cacboxylic.N-butan l nguyờn liu c bit thớch hp sn xut axit axetic Khi oxy hoỏ n-parafin, s ct mch ch yu xy cỏc mi liờn kt gia cỏc nguyờn t C bc Vỡ vy n-butan s to sn phm chớnh l axit axetic v mt s sn phm ph nh metyletylxeton v etyl axetat C4H10 + O2 CH3COOH + HCOOH + CH3COCH2CH3 + other oxygenates Quỏ trỡnh s dng mt cht xỳc tỏc cobalt, mc dự mangan, crụm, vanadi, bismuth, niken, titan, thic v hot ng 100-200 C / 1000-5.000 kPa Tỏch hn hp ca acetic, formic, propionic, acrylic, v axit butyric, methyl ethyl ketone, ethyl acetate, metyl vinyl xeton, v gammabutyrolactone c thc hin bi s kt hp ca chit xut, chng ct, chng ct v khai khoỏng iu kin phn ng v s la chn cht xỳc tỏc thay i c cu sn phm ỏng k; cht xỳc tỏc axetat cung cp 97% chn lc i vi acid acetic vi sn xut axit formic thp, Sn lng axit axetic trờn 79% dựng crom acetate cht xỳc tỏc, vi este acetate v methyl ethyl ketone chim hu ht cỏc sn phm cũn li Quỏ trỡnh ny cú th c chy s vng mt ca cht xỳc tỏc, vi 30% chuyn i butan cho nng sut 93% acid acetic Nh mỏy Huls thng mi hot ng xỳc tỏc-min phớ ti 7100 kPa v 170200 C, 2% chuyn i butan cung cp cho 60% chn lc acid acetic.[5] Oxy hoỏ trc tip cỏc hydrocacbon khụng no Axetaldehyt cú th c iu ch t etylen theo phn ng Wacker, v sau ú ụxy húa nh nờn bờn di Trong thi gian gn õy, vic chuyn i etylen thnh axit axetic qua theo mt bc, chi phớ r hn ó c cụng ty Showa Denko thng mi húa, cụng ty ny ó xõy dng mt nh mỏy oxy húa etylen ita, Nht Bn nm 1997.Quỏ trỡnh ny s dng cht xỳc tỏc l kim loi palladi vi s h tr ca axit heteropoly nh axit tungstosilicic Nú c xem l mt phng phỏp cú th cnh tranh vi phng phỏp carbonyl húa metanol i vi cỏc nh mỏy nh hn (100250 ngn tn/nm), tựy thuc vo giỏ a phng ca etylen.[5] CH2=CH2 + O2 + H2O [CH3CHO] CH3COOH + H2O Ngoài axit axetic thu đợc oxy hóa cacbuahydro axit axetic sản phẩm phụ I.5 So sánh phơng pháp sản xuất axit axetic Nói chung phơng pháp sản xuất axit axetic nói phơng pháp có u nhợc điểm riêng mà dựa vào nhà công nghệ lựa chọn phơng pháp tốt phù hợp với yêu cầu Để so sánh phơng pháp, ta xét mặt hiệu qủa trình đặc biệt giá thành sản phẩm Đối với phơng pháp sản xuất từ axetaldehyt Hiệu suất trình cao thờng đạt 9598% Tuy nhiên phơng pháp có nhợc điểm giá thành sản phẩm cao sử dụng nguồn nguyên liệu đắt tiền Đặc biệt sử dụng axetaldehyt từ trình oxy hoá axetylen giá thành cao Hơn axetylen chất hoá học hiếm, tự nhiên mà phải qua tổng hợp Xu hớng ngời ta không dùng axetylen mà sử dụng etylen để tổng hợp axetaldehyt etylen chất có sẵn khí dầu mỏ khí thiên nhiên Do làm giảm nhiều giá thành sản phẩm Phơng pháp oxy hoá có điều chỉnh parafin thấp (butan đồng đẳng) Phơng pháp cho hiệu kinh tế cao sử dụng chất sẵn có, rẻ tiền Giá thành axit axetic nhận đợc từ oxy hoá butan thấp khoảng 30% so với sản xuất từ axetaldehyt Hiệu suất sản phẩm tơng đối cao Phơng pháp sản xuất từ metanol CO phơng pháp kinh tế tổng hợp metanol từ dầu mỏ than đá nguồn tài nguyên dồi Phơng pháp oxy hoá n-butan hay dùng phơng pháp oxy hoá naphta oxy hoá naphta có nhiều sản phẩm phụ nên tốn cho việc xử lý, tinh chế sản phẩm axit axetic Tuy nhiên, phơng pháp tổng hợp axit axetic từ oxyhoá axetaldehyt phơng pháp tối u Đặc biệt phơng pháp điều chế chung axit axetic alhydric axetic Hp Cht Giỏ ( cents/lb ) Acetaldehyde 45,5 Axit Acetic 68 Metanol 96 - 211 N-Butan 75 CO 30 Oxygen Bng giỏ nguyờn liu v sn phm (https:// www.icis.com/Chemicals/channel-info-chemicals-a-z) Calculation of Gross Profit: Phng phỏp CH3OH + CO CH3COOH lbmol 1 MW 32 28 60 lb 32 28 60 lb/lb AAC 0,533 0,467 cents/lb 100 30 68 Gross Profit = 68 x ( 0,533 x 60 + 0,467 x 30 ) = 22,01 cents/lb AAC cents/lb AAC Phng phỏp : 33,8475 Phng phỏp : 29,772 Phng phỏp : 29,839 Vỡ vy, qua tỡm hiu v t ớnh toỏn li nhun , nhn thy c nhiu u im chỳng tụi la chn phơng pháp tổng hợp axit axetic từ oxy hoá axetaldehyt Chng II: Quỏ trỡnh oxy hoỏ axetaldehyt II.1 Phn ng Phơng pháp oxy hóa axetaldehyt để điều chế axit axetic đợc sử dụng rộng rãi công nghiệp ,phản ứng trìng nh sau : +Tạo thành peroxit axetyl,sau phân hủy thành axit axetic: CH3CHO + O2 CH3 C O CH3COOH + O O OH + Oxy nguyên tử tiếp tục oxy hóa axetaldehyt thành axit axetic: CH3CHO + O CH3COOH Cơ chế trình oxy hoá axetaldehyt tạo thành axit axetic chế tạo gốc tự do, sinh axit peraxetic sản phẩm trung gian (phơng trình 22) Axit peraxetic sau phản ứng với axetaldehyt để tạo thành axetaldehyt monoperaxetat (AMP) AMP bị phân huỷ nhanh chóng thành Axit axetic nhờ chuyển dịch hydro phản ứng Bayer Villiger Ngoài xảy chuyển dịch gốc metyl để tạo metyl format: Sự chuyển dịch nhóm alkyl trở nên dễ dàng nhiều aldehyt cao hơn, đặc biệt có nhánh vị trí Sự tắt mạch chủ yếu xảy theo phản ứng lỡng phân tử chất trung gian teroxit Phản ứng (24) nguồn gốc chủ yếu của: CO, metanol, formaldehyt axit formic - sản phẩm phụ trình oxy hoá axetaldehyt Quá trình oxy hoá xúc tác điều kiện có hiệu cho trình chuyển hoá axetaldehyt mức thấp đủ để trì nồng độ 10 Paradehyt 2,05 Bỏ qua lợng xúc tác ta có : QW QW = 110.(2,48 12994.965 + 2,642 37.307 + 2,05 19.41) = 3560245.57 (Kj/h) III.2.5 Nhiệt nớc ngng mang Giả thiết nhiệt nớc ngng mang 20% nhiệt đốt cung cấp Qng = 0,2.QD Ta có phơng trình Qhl + QF + QD = QW + QY + Qng + Qm = QW + QY + 0,2.QD + 0,05.QD QD = [(QW + QY) (Qhl + QF)].1/0,75 QD =[(3560245.57 + 22119.75 ) (983.7877 + 2101957.56 )].1/0,75 QD = 1972565.3 (kj/h) Vậy Qng = 0,2 1972565.3 = 394513.06 Qm = 0,05 (Kj/h) 1972565.3 = 98628.265 (Kj/h) III.2.6 Lợng đốt cần dùng QD = D2.l2 = D2( r2 + C22) D2: Lợng đốt cần để đun sôi dung dịch đáy tháp l2: Hàm nhiệt đốt r2: ẩn nhiệt hoá 2: Nhiệt độ nớc ngng C2: Nhiệt dung riêng nớc ngng r2= 2221kJ/kg 2= 400C C2=4,178kJ/kg.độ Thay số vào ta có D2 = = 825.991 (Kg/h) 30 IV Tính toán cho thiết bị tách phần nặng IV.1 Cân vật chất Hỗn hợp vào tháp tách sản phẩm nặng bao gồm: Cấu tử Lợng, Kg/h CH3COOH 12994.965 (CH3COO)2Mn 7.869 CH3CH(OCOCH3)2 37.307 Paradehyt 19.41 Hỗn hợp đợc gia nhiệt đến 1250C, có CH3COOH bay ta thu đợc đỉnh tháp Bảng cân vật chất Thành phần vào CH3COOH Kg/h 12994.965 Thành phần Đỉnh tháp Kg/h (CH3COO)2Mn CH3CH(OCOCH3)2 7.869 37.307 CH3COOH Đáy tháp 12994.965 Paradehyt 19.41 (CH3COO)2Mn CH3CH(OCOCH3)2 7.869 37.307 Paradehyt 19.41 IV.2.Cân nhiệt lợng Qvào = Qra Qvào= QD + Qhl + Qf Qra = Qa + Qw + Qng + Qm Trong Qa: Nhiệt axit axetic mang đỉnh tháp Qw: Nhiệt sản phẩm đáy mang Qng: Nhiệt nớc ngng mang Qm: Nhiệt mát môi trờng xung quanh QD: Nhiệt đốt cung cấp 31 Qhl: Nhiệt lợng hồi lu mang vào Qf : Nhiệt hỗn hợp đầu mang vào IV.2.1 Lợng nhiệt đốt cần cung cấp QD = t.Ci.mi QD = ( 12994.965 2,561 + 37.307 2,642 + 19.41 2,043).(125 -110) QD = 501274.88 (Kj/h) IV.2.2 Nhiệt nớc ngng đem Qng= 0,2 501274.88 = 100254.976 (Kj/h) IV.2.3 Nhiệt mang đỉnh Tại t =1000C CH3COOH có Cp =2,43 Qa =2,43 12994.965 100 = 3157776.5 (Kj/h) IV.2.4 Nhiệt hồi lu mang vào Cho lợng hồi lu 10% lợng sản phẩm đỉnh Qhl = 0,1 3157776.5 = 315777.65 (Kj/h) IV.2.5.Nhiệt mát môi trờng xung quanh Qm = 0,05.QD = 0,05 x 501274.88 = 25063.744 (Kj/h) Từ phơng trình cân nhiệt lợng Qa + Qw + Qng + Qm = QD + Qhl + Qf Qw = 1094202.85 (Kj/h) V Tính toán thiết bị oxy hoá V.1 Đờng kính thiết bị Giả thiết chiều cao thiết bị 15 m -Lợng dung dịch chứa thiết bị chiếm 80% chiều cao tong ứng 12 m -Vận tốc lỏng thiết bị từ 0,1- 0,5m/s chọn = 0,4 (m/s) Lợng hỗn hợp thiết bị V = V1 + V2 V1: Lợng oxy kỹ thuật, m3/h 32 V2: Lợng axetaldehyt kỹ thuật, m3/h V1 =[ ] 22,4 = 2677.24 (m3/h) V2 = m/hh Trong đó: m: Lợng axetaldehyt kỹ thuật hh: Khối lợng riêng 1/hh = xi/i xi: Phần trăm khối lợng cấu tử i i: Khối lợng riêng cấu tử i Thay số ta có hh =775 kg/m3 V2= 9705.13/ 775 = 12.523 (m3/h) V = V1 + V2 = 2677.24 + 12.523 = 2689.763 (m3/h) Đờng kính thiết bị oxy hoá D= , m D = = 1.5 (m) Đờng kính phần Dt = 1,2.1.5 = 1.8 (m) Chiều cao tháp 15m Phần trên: Ht = 3m Phần dới: Hd =12m V.2 Tính chiều dày thiết bị Thiết bị thân hình trụ làm việc chịu áp suất nên chiều dày thiết bị đợc tính theo công thức: 33 , m Trong : Dt: đờng kính thiết bị : Hệ số bền thành hình trụ theo phơng dọc C: Hệ số ăn mòn bổ sung, bào mòn dung sai chiều dày, m P: áp suất thiết bị, N/m2 Chọn vật liệu để chế tạo thiết bị thép X18H10T, thép không gỉ axit axetic có tính ăn mòn thiết bị Thiết bị hàn dọc, hàn tay hồ quang điện ứng với thép X18H10T ta có: = 0,95 ỏp suất thiết bị P = Ptt + Pmt Trong : Ptt : áp suất thuỷ tĩnh thiết bị, N/m2 Pmt: áp suất làm việc thiết bị atm xấp xỉ 4.105 N/m2 Ptt = Trong đó: : Khối lợng riêng trung bình chất lỏng, Kg/m3 Khối lợng riêng axetaldehyt 783 (kg/m3 ) g: Gia tốc trọng trờng, g = 9,81 m/s2 H: Chiều cao cột chất lỏng lấy tối đa chiều cao tháp, m H = 12 m Suy ra: Ptt = 783 x 9,81 12 = 92174,76 (N/m2) Vậy áp suất thit b : P = 92174,76 + 105 = 492174,76.105 (N/m2) 34 P 4,922 105 (N/m2) Hệ số bổ sung ăn mòn, bào mòn dung sai âm chiều dầy thép C = C1 + C2 + C3 , m Trong : C1: Bổ xung ăn mòn xuất phát từ điều kiện ăn mòn vật liệu môi trờng thời gian làm việc thiết bị, m Đối với thép X18H10T vận tốc gỉ 0,06 mm/năm thời gian làm việc từ 15-20 năm Theo tài liệu ta có C1 = mm C2: Bổ sung dung sai bào mòn C2 = , nguyên liệu không chứa hạt rắn C3: Bổ sung dung sai chiều dầy, lấy C3 = 0,5 mm Vậy hệ số bổ sung là: C = C1 + C2 + C3 = + + 0,5 = 1,5 mm ứng suất cho phép thép X18H10T theo giới hạn bền , N/m2 Trong : : Hệ số hiệu chỉnh với loại thiết bị có = 0,9 : ứng suất giới hạn bền 550.106 (N/m2 ) nk: hệ số an toàn 2,6 Vậy ứng suất cho phép là: (N/m2) ứng suất cho phép thép X18H10T theo giới hạn chảy: , N/m2 [2 -356] Trong đó: : hệ số an toàn theo giới hạn chảy, 1,5 35 : ứng suất giới hạn chảy 220.106 (N/m2) Vậy ứng suất cho phép là: , (N/m2) Để đảm bảo tính bền ta lấy giá trị bé hai giá trị ứng suất để tính (N/m2) Lấy Khi ta có: bỏ qua P mẫu Vậy chiều dầy thiết bị là: Đối với đoạn dới tháp (m) Ta chọn S = mm Đối với đoạn tháp Dt =1,8 (m) Ta chọn S = mm Kiểm tra ứng suất thành theo áp suất thử Po P0 = P1 + Ptl Trong đó: 36 Ptl: áp suất thuỷ lực 1,25Pt Ta có: Ptl = 1,25 3,912.105 = 4,89.105 N/m2 P1: áp suất thuỷ tĩnh nớc P1 = g..H =9,81.1000.12 = 1,18.105 N/m2 Suy P0 = 4,89.105+ 1,18.105 = 6,07.105 N/m2 * Công thức kiểm tra ứng suất: N/m2 Vế trái: N/m2 Ta thấy: = 85,5.106 N/m2 < 183,33.106 N/m2 thoả mãn yêu cầu V.3 Chọn nắp đáy tháp Chọn đáy nắp thiết bị loại elíp có gờ loại vật liệu với thân tháp Nắp Ta có đờng kính tháp D = 1,8 m, dựa vào số liệu ta có: Chiều dày S nắp làm việc chịu áp suất đợc tính theo công thức: (m) [2 - 385] Trong : hb : Chiều cao phần lồi nắp Ta chọn hb = 0,25.Dt = 1,8 0,25 = 0,45 (m) n : Hệ số bền mối hàn hớng tâm(nếu có),chọn n = 0,95 37 k : Hệ số không thứ nguyên, đợc xác định nh sau: : d : đờng kính lớn lỗ(hay đờng kính lớn lỗ hình tròn), lỗ không tăng cứng Chọn d = 0,2 m N/m2 ứng suất cho phép theo giới hạn bền P : áp suất có P = 4,922.105 (N/m2 ), Ta có k= = = 0.888 Vì : Nên đại lợng P mẫu số công thức tính chiều dày S bỏ qua Vậy chiều dày nắp đợc tính : S= +C S = 3.7.10-3 + C Đại lợng, bổ sung C S C =3,7.10-3 m[...]... tăng, tuy nhiên nếu lợng nợc tăng quá trình sẽ làm pha loãng sản phẩm, gây khó khăn cho quá trình tinh chế sau này Phn B: Thit k quỏ trỡnh sn xut acid acetic bng phng phỏp oxy hoỏ acetaldehyt vi nng sut 100. 000 tn/nm I Cụng ngh ca quỏ trỡnh Dây chuyền sản xuất axit axetic thực hiện các công đoạn sau: - Oxy hoá axetaldehyt - Tinh cất sản phẩm thô - Loại các tạp chất ra khỏi sản phẩm 14 I.1 Giai đoạn oxy... hơi kém hơn Mn Một vài tác động của Co không xuất hiện để có thể hiểu dễ dàng Hỗn hợp Co và Mn rất thích hợp khi yêu cầu sản xuất lợng lớn anhydrit II.3 Các yếu tố ảnh hởng đến quá trình II.3.1 Nguyờn liu u 12 Axetaldehyt Do axetaldehyt dễ bị biến đổi thành paradehyt, khi bảo quản một lợng nhỏ axetaldehyt cũng bị biến đổi Do đó làm cho sản phẩm của quá trình không tinh khiết, có lẫn nhiều tạp chất,... thể nhận đợc axit axetic cùng với anhydrit axetic, và hiệu suất anhydrit axetic lớn hơn do etyl axetat có khả năng tạo hỗn hợp đẳng phí với n ớc, làm tách nớc ra khỏi quá trình Điều này chứng tỏ hiệu suất của sản phẩm chính phụ thuộc vào bản chất của xúc tác Xúc tác tốt nhất cho quá trình là axetat mangan cho hiệu suất sản phẩm chính cao, khắc phục đợc nhợc điểm của các xúc tác đã kể trên, có khả năng... đi kèm với việc tăng áp suất Để duy trì nhiệt độ trong thiết bị trong khoảng nh vậy ngời ta phải rút bớt nhiệt phản ứng bằng cách tiến hành oxy hoá trong thiết bị dạng tháp trong đó đặt các ống xoắn làm lạnh II.3.4 ỏp sut Ap suất ít ảnh hởng đến quá trình Nhng trong thực tế tế ngời ta thực hiện quá trình ở áp suất 3 ữ 4 at, đó là điều kiện cần thiết để giữ axetaldehyt trong dung dịch ở nhiệt độ phản... dụng áp suất cao quá thì sẽ gây tốn kém cho việc chế tạo thiết bị II.3.5 Lợng nớc Lợng nớc trong thiết bị phản ứng có ảnh hởng tới hiệu suất thu sản phẩm Khi lợng nớc giảm thì dẫn đến tăng sự tạo thành sản phẩm phụ anhydrit axetic đồng thời hiệu suất sản phẩm chính giảm do vận tốc của phn ng thuỷ phân anhydrit axetic giảm Khi lợng nớc tăng thì hàm lợng axit peraxetic tăng và hiệu suất sản phẩm chính... loại coban,mangan,vanadi.Trong quá trình phản ứng thì nhiệt độ là yếu tố ảnh hng nhiều đến quá trình. Chất oxy hóa thờng hay ding là oxy hay khôgn khí có nitơ,nitơ kéo theo axetaldehyt ra ngoài.Trong công nghiệp thờng dùng hỗn hợp xúc tác Co(Mn):Cu với tỷ lệ 1:(1:3), ngoài ra còn thêm vào quá trình etyl axetat tạo với nớc hỗn hợp đẳng phí để tách nớc ra khỏi phản ứng Sản phẩm phụ khi oxy hoá axetaldehyt... sai về chiều dày, m P: áp suất trong của thiết bị, N/m2 Chọn vật liệu để chế tạo thiết bị là thép X18H10T, là thép không gỉ vì axit axetic có tính ăn mòn thiết bị Thiết bị hàn dọc, hàn tay bằng hồ quang điện ứng với thép X18H10T ta có: = 0,95 ỏp suất của thiết bị P = Ptt + Pmt Trong đó : Ptt : áp suất thuỷ tĩnh của thiết bị, N/m2 Pmt: áp suất làm việc của thiết bị bằng 4 atm xấp xỉ bằng 4.105 N/m2... đầu Muốn cho quá trình oxy hoá xảy ra bình thờng, cần phải khống chế chính xác lợng axetaldehyt, axit axetic, oxy, xúc tác, khống chế nghiêm khắc nhiệt độ của quá trình, để tránh nổ ở đoạn trên thờng xuyên cho oxy vào Nhiệt độ có thể duy trì ở 60 -70 0C ở mỗi đoạn và theo chiều cao tháp, mỗi đoạn có lới ngăn để đồng thể hoá pha lỏng tránh hiện tợng quá nhiệt cục bộ và các phản ứng phụ tạo sản phẩm không... CO2: KMnO4+ HCOOH 5CO2 +8H2O + 2HCOOK + 2(HCOO)2Mn II Thit b oxi hoỏ S liu ban u: Năng suất của phân xởng sản xuất : 100. 000 Tấn /năm Nguyên liệu ban đầu : Axetaldehyt : Paraldehyt 99,3 % trọng lợng : 0,2 % trọng lợng Axit axetic : 0,25 % trọng lợng Nớc : 0,25 % trọng lợng Hiệu suất chung của quá trình : Tổn thất axit axetic : Thành phần của xúc tác lỏng : 98 % 2% Axetat mangan : 6 % trọng lợng Axit... Tại t = 1000 C CH3COOH có Cp =2,43 Qa =2,43 12994.965 100 = 3157776.5 (Kj/h) IV.2.4 Nhiệt do hồi lu mang vào Cho lợng hồi lu bằng 10% lợng sản phẩm đỉnh Qhl = 0,1 3157776.5 = 315777.65 (Kj/h) IV.2.5.Nhiệt mất mát ra môi trờng xung quanh Qm = 0,05.QD = 0,05 x 501274.88 = 25063.744 (Kj/h) Từ phơng trình cân bằng nhiệt lợng Qa + Qw + Qng + Qm = QD + Qhl + Qf Qw = 1094202.85 (Kj/h) V Tính toán thiết bị ... Victor-H-Agreda -Acetic Acid anh Its Derivatives [6] Nguyễn Minh Hin - Giáo trình tổng hợp hữu - hoỏ du Trờng Đại Học Bách Khoa Hà nội [7] Tập thể tác giả Sổ tay trình thiết bị công nghệ hoá chất, Tập Nhà xuất. .. Nhu cu s dng acid acetic trờn th gii I.3 Tỡnh hỡnh nc ta Cũng nh nớc Thế giới, nhu cầu sử dụng axit axetic Việt nam ngày cao Hằng năm phải nhập lợng axit axetic lớn Quá trình sản xuất axit axetic... suất sản phẩm tăng, nhiên lợng nợc tăng trình làm pha loãng sản phẩm, gây khó khăn cho trình tinh chế sau Phn B: Thit k quỏ trỡnh sn xut acid acetic bng phng phỏp oxy hoỏ acetaldehyt vi nng sut 100. 000