Đồ án môn học Lời mở đầu Mục lục Phần I : Lý thuyết Chơng : Tổng quan Dicloetan I Giới thiệu chung Dicloetan II Tính chất vật lý Dicloetan III Tính chất hoá học IV.Cơ chế trình Clo hoá V.Tác nhân Clo hoá nguyên liệu để sản xuất Dicloetan Chơng : Các phơng pháp sản xuất 1,2 Dicloetan I Phơng pháp Clo hoá trực tiếp Etylen II Phơng pháp Oxyclo hoá Etylen III.Phơng pháp Oxyclo hoá etan IV Các trình khác sản xuất Dicloetan Chơng 3: So sánh chọn lựa phơng pháp sản xuất I.So sánh trình sản xuất II Chọn xây dựng công nghệ sản xuất Dicloetan Phần II: Tính toán Chơng : Tính cân vật chất trình Clo hoá trực tiếp Etylen I Tính trình cân vật chất cho thiết bị Clo hoá I.1 /Tính lợng chất vào thiết bị clo hoá I.2 / Tính lợng chất thiết bị clo hoá Chơng : Tính cân nhiệt lợng thiết bị Clo hoá I Tính lợng nhiệt nguyên liệu mang vào II Tính lợng nhiệt phản ứng Clo hoá III Tính lợng nhiệt sản phẩm mang thiết bị Clo hoá IV Nhiệt mát môi trờng xung quanh V Nhiệt lợng tác nhân làm lạnh Kết luận Tài liệu tham khảo Lời mở đầu Cùng với phát triển nhanh chóng ngành công nghiệp khác , nghành công nghiệp lọc hoá dầu tổng hợp hữu có bớc tiến mạnh mẽ giới Bằng cách đổi công nghệ thiết bị , nghiên cứu chế độ làm việc tối u , đa xúc tác vào phản ứng để tăng hiệu suất chuyển hoá độ chọn lọc cho trình Kết hợp công nghệ để tận dụng sản phẩm thu đợc , để thực đa dạng hoá sản phẩm giải vấn đề môi trờng với mục đích cuối hạ giá thành sản phẩm , tăng suất , đáp ứng nhu cầu sản phẩm hữu ngày cao ngày khắt khe xã hội Một sản phẩm đợc sản xuất tiêu thụ với lợng lớn giới hợp chất 1,2 Dicloetan Trong điều kiện nớc ta Đồ án môn học ngành công nghiệp tổng hợp hữu non trẻ nên hầu hết sản phẩm thuộc hữu phải nhập ngoại , việc sản xuất gặp nhiều khó khăn Lý nghành công nghiệp lọc hoá dầu cha có nên vấn đề nguyên kiệu cho nghành tổng hợp hữu hầu nh hạn hẹp Tuy nhiên tơng lai với phát triển công nghiệp hoá dầu , khí hoá , cốc hoá có nhà máy lọc hoá dầu , nhà máy chế biến khí tự nhiên khí đồng hành Đây yếu tố quan trọng để ngành công nghiệp tổng hợ hữu , ngành sản xuất nguyên liệu ngành hoá chất khác phát triển Vì từ cung cấp cho ngành nguồn nguyên liệu sẵn có rẻ tiền nh metan , etylen , propylen , etan Trong etylen đợc sử dụng nhiều , việc sản xuất 1,2 Dicloetan đợc từ nguồn nguyên liệu Đó trình tổng hợp hiệu , kinh tế Hiện số nớc trongkhu vực giới sản xuất lợng lớn Dicloetan , cao nhu cầu thực tế giá Dicloetan hạ tới mức độ thấp Do việc nghiên cứu thiết kế Dicloetan nớc ta đòi hỏi đợc xem xét kỹ lỡng nhằm đảm bảo cácchỉ tiêu kinh tế kỹ thuật , tận dụng nguyên liệu đáp ứng nhu cầu Dicloetan , VC , PVC nớc xuất Đây mục đích ý nghĩa đồ án thiết kế sở dựa vào tình hình xu phát triển ngành hoá dầu tổng hợp hữu Việt Nam Là sinh viên ngành hữu - hoá dầu đợc giao đề tài thiết kế phân xởng sản xuất Dicloetan với xuất 10000T/N vinh dự em Đây quãng thời gian để sinh viên biết vận dụng kiến thức sở nh chuyên môn học , đọc tổng hợp tài liệu để hoàn thành đồ án môn học Với đề tài em xin trình bày sơ lợc phần tổng quan , số công nghệ để sản xuất Dicloetan Em xin trân thành cảm ơn hớng dẫn tận tình chu đáo thầy giáo GS TS Đào Văn Tờng để em hoàn thiện đồ án PHầN I Chơng i: TổNG QUAN Về Dicloetan (DE) I GiớI THIệU CHUNG Về Dicloetan: [1] Dicloetan chất lỏng, có nhiệt độ sôi 83,7oC, chất độc Qúa trình tổng hợp Dicloetan từ phơng pháp Clo hoá Etylen đạt đợc lần vào năm 1795 Cho đến nay, Dicloetan trở thành hợp chất hoá học đợc sản xuất với tốc độ lớn Tốc độ phát triển tăng 10% so với 20 năm trớc Dicloetan đợc sử dụng nh vật liệu khởi đầu cho trình sản xuất Polyvinylclorua (PVC) Dicloetan dung môi tốt nhng lại sử dụng hạn chế tơng đối độc Nó dùng làm bán sản phẩm cho trình sản xuất Vinylclorua (PV), Tricloeytan, Vinylidenclorit, Ety lendiamin, cao su thiocol ii tính chấy vật lý Dicloetan: [2] Dicloetan chất lỏng có nhiệt độ sôi 83,7oC, nhiệt độ nóng chảy -35,3oC, không hoà tan nớc tạo với nớc thành hỗn hợp đẳng phí sôi 72oC có chứa 19,5% nhựa, cao su, lu huỳnh, iốt phốt vàng Đồ án môn học Dicloetan chất khó cháy nhng xẩy trình cháy dễ dàng dập tắt nớc Một số tính chất Dicloetan đợc thể bảng sau Bảng 1: Tính chất vật lý Dicloetan Khối lợng phân tử Nhiệt độ nóng chảy Nhiệt độ sôi 101,3Kpa Khối lợng riêng 20oC áp suất 0oC 20oC 30oC 50oC 70oC 80oC Nhiệt tạo thành (lỏng) Ho298 Nhiệt dung riêng (lỏng 20oC) Nhiệt hoá 298ok Nhiệt hoá áp suất tới hạn Tỷ trọng 20oC Sức căng bề mặt 20oC Hằng số điện môi Điểm chớp cháy (cốc kín) Điểm chớp cháy (cốc hở) Nhiệt độ bắt lửa Giới hạn nổ với không khí 25oC Độ tan nớc 25oC Độ tan nớc Dicloetan 20oC 98,97 -35,3oC 83,7oC 1,253g/cm3 3,330KPa 8,530KPa 13,300KPa 32,000KPa 66,650KPa 93,310KPa -157,3kj/mol 1,288kj/kg-1k-1 34,7kj/mol 563oK 5360KPa 0,84.10-3Pa.s 31,4.10-3N/m 10,5 17oC 21oC 413oC 6,2-15,6vol%Dicloetan 0,86%kl 0,16%kl Dicloetan chất lỏng nhiệt độ thờng tan với tất trình clo hoá Hydrrocacbon tốt dung môi hu Các hỗn hợp đẳng phí với hai cấu tử Dicloetan đợc thể bảng sau Bảng 2: Hỗn hợp đẳng phí với hai cấu tử Dicloetan Phần trăm khối lợng (%kl) 18,0 38,0 37,0 19,5 43,5 32,0 19,0 79,0 18,0 8,2 Thành phần 2-propen-1-ol Axit formic Etanol 1,1-Dicloetan 2-propanol Metanol 1-propanol Tetra cloruaetan Tri cloetan Nớc Điểm sôi hỗn hợp đẳng phí, oC 79,9 77,4 70,3 72,0 74,7 61,0 80,7 75,6 82,9 70,5 Đồ án môn học iii tính chất hoá học Dicloetan: [1] Dicloetan tinh khiết bền có nhiệt độ cao có mặt sắt, nhiệt độ 340oC Dicloetan bắt đầu phân huỷ tạo thành VC, Hydroclorua, lợng nhỏ Axetylen Tại nhiệt độ thờng Dicloetan bị phân huỷ (rất lâu) độ ẩm tia cực tím Để hạn chế trình ngời ta thêm vào chất ổn định, hầu hết dẫn xuất amin Quá trình oxy hoá không hoàn toàn, nhiệt phân, oxy hoá cảm quang chuyển Dicloetan thành HCl, CO fosgen (cocl2) Cả hai nguyên tử Clo Dicloetan tham gia phản ứng Nucleophyl tạo nhiều hợp chất đa chức nh Glycol (bằng cách thuỷ phân tác dụng với kiềm) Axit sucxilic Etylenglycol diacetat Phản ứng với amoniac tạo Etylendiamin sử dụng Dicloetan cho sản xuất Polysunfua ứng dụng quan trọng công nghiệp Sắt kẽm không gây ăn mòn sử dụng Dicloetan, nhôm bị hoà tan Hàm lợng nớc tăng với tăng độ ăn mòn sắt kẽm, nhiên nhôm hoà tan với lợng không đáng kể Trong phân tử Dicloetan có hai nguyên tử Clo linh động nên có khả tham gia với nhiều phản ứng hoá học Thuỷ phân Dicloetan ta thu đợc Etylenglycol, trình đợc tiến hành nhiệt độ 200oC,và áp suất P =15at có mặt Na2CO3 tham gia Cl- CH2- CH2- Cl + 2H2O Na CO HOCH2- CH2OH + 2HCl Với Etylenglycol đợc sử dụng nhiều công nghiệp nh sản xuất sợi tổng hợp, quân dùng để sản xuất chất nổ Khi cho Dicloetan tác dụng với kiềm ta thu đợc VC từ ta dùng để điều chế PVC Ngày PVC đợc sử dụng nhiều đời sống nh lĩnh vực công nghiệp Cl- CH2- CH2- Cl + NaOH CH2= CHCl + NaCl + H2O Tác dụng Dicloetan với Amoniac dới áp suất nhiệt độ 120oC ta thu đợc Etylendiamin Cl- CH2- CH2- Cl + NH3 NH2- CH2- CH2- NH2 + NH4Cl Đồ án môn học Tác dụng Dicloetan với Tetrasunfitnatri ta thu đợc loại cao su tổng hợp cấu tạo mạch thẳng, gọi cao su sunfit hay thiocol CH2-S-S-C2H4-S-S-C2H2-S-S nCl-CH2-CH2Cl + nNa2S4 S S S S SS Tác dụng Dicloetan với NaCN tạo Axit Sucxinic ClCH2- CH2Cl + 2NaCN CNCH2- CH2CN + 2NaCl CNCH2- CH2CN + 2H2O CH2- COOH + 2NH3 CH2- COOH Tác dụng Dicloetan Etylenglycoldiaxetat với Axetatnatri thu đợc (CH3COOCH2- CH2COOCH3) Tác dụng Dicloetan với Clo thu đợc Vinylydenclorit HCl ClCH CH Cl + Cl ClCH CH Cl CH = CCl Ngoài Dicloetan dùng làm dung môi để trích ly chất béo khỏi động vật thực vật, khử dầu mỡ da lông thú, làm kim loại trớc mạ Crôm Niken IV chế trình clo hoá: [3] iv.1 Clo hoá chuỗi gốc Cơ chế chuỗi gốc trình clo hoá qua ba giai đoạn + Giai đoạn i: Sự hình thành chuỗi: trình clo hoá nhiệt pha khí, dới tác dụng nhiệt độ cao sẹ tham gia lớp thành nắp phân tử clo bị bử gãy tạo thành gốc tự (Cl* ) Cl2 + Bức thành Cl* + Cl hấp phụ Đôi clo hoá nhiệt xẩy nhiệt độ vừa phải (100-200 oC ), nhiệt độ không đủ phá vỡ liên kết Cl-Cl, gốc tự tạo thành lúc tơng tác qua lại clo với chất hữu CH = CH + Cl ClCH C * H + Cl * RH + Cl R * + HCl + Cl * Khi clo hoá quang, cắt mạch phân tử clo hấp thụ lợng lợng tử Đồ án môn học h Cl 2Cl * Trong trình clo hoá hoá học ngời ta thêm chất kích động vào để tạo gốc tự Chất kích động thờng Peroxytbezoil 2,2-azô-bis (isobutyronitril) Gốc tự tạo thành tơng tác với phân tử clo nhanh chóng cho nguyên tử clo (C6H5COO)2 2C6H5COO* NC- C(CH3)2N=N- C(CH3)2- CN C6H5* + Cl2 2C6H5* + 2CO2 2CN- C*(CH3)2 + N2 C6H5Cl + Cl* + Giai đoạn II: Sự phát triển mạch Xảy nhờ nguyên tử Cl* tạo thành hình thành chuỗi Cl* + RH R* + HCl R* + Cl2 RCl + Cl* Cl* + CH2 = CH2 CH2Cl- C*H2 + Cl* CH2Cl- CH2Cl + Cl* CH2Cl- C*H2 + Cl2 Chiều dài chuỗi đạt tới mời ngàn mắt xích trình clo hoá chất tinh khiết + Giai đoạn iii.:Sự ngắt mạch: clo hoá pha khí thờng xẩy đứt chuỗi thành nắp Cl* + thành Cl hấp thụ Đối với clo hoá pha lỏng thờng xẩy đứt mạch kết hợp Sự đứt chuỗi xảy gốc Hydrrocacbon (clo hoá Hydrrocacbon), nguyên tử clo (clo hoá dẫn xuất clo) số trờng hợp cách kết hợp gốc RCH = CH + RCH CH RCH C * H RCH CH CH CH R 2Cl* R* + Cl* Cl2 RCl Sau đứt chuỗi xẩy chất ức chế khác (Phenol, hợp chất lu huỳnh, oxy ) Tuỳ theo khả hình thành ngắt mạch mà ta có đợc phơng trình động học khác phản ứng clo hoá Đồ án môn học Đối với pha khí, vận tốc phản ứng clo hoá có dạng phơng trình bậc với hai tác nhân r = K PRH PCl2 Đối với pha lỏng, ngời ta có ba phơng trình động học sau: r = K [ i ] PCl2 0, r = K [ i ] PRH 0, 0,5 r = K [ i ] PCl0,25 PRH 0, Với [i] nồng dộ chất kích động cờng độ chiếu sáng hấp thụ tuần hoàn khối phản ứng Khi có mặt chất ức chế vận tốc phản ứng tỷ lệ nghịch với nồng độ chúng Ví dụ: r = K PCl2 PO1 2 Để clo hoá chuỗi gốc cần khải có chất tinh khiết clo không chứa oxy Nghĩa clo thu đợc hoá lỏng clo Tác dụng ức chế oxy rõ rệt 340oC, lớn nhiệt độ tác dụng Năng lợng hoạt hoá trình clo hoá phụ thuộc vào giai đoạn hình thành chuỗi Khi clo nhiệt, lợng khoảng 125-170 kj/ mol, clo hoá học khoảng 85kj/ mol Để tăng vận tốc trình nêu tăng nhiệt độ, nồng độ chất kích động, cờng độ chiếu sáng Ngoài phơng pháp kể trên, có phơng pháp xúc tác nhiệt phong pháp ngời ta dùng xúc tác dị thể Nhờ xúc tác làm giảm lợng hoạt hoá mà trình clo hoá xảy nhiệt độ thấp khoảng 100150oC so với clo hoá nhiệt, nhng chế tác động xúc tác cha rõ ràng Khi Olefin clo hoá chuỗi gốc, xúc tác phản ứng ion cộng nối đôi thay nguyên tử Hydro cạnh tranh lẫn CH2Cl- CHCl -CH3 CH2 =CH - CH3 CH2Cl = CH2Cl Thành phần sản phẩm đợc xác định nhờ giai đoạn sở C=C + Cl* CCl - C* CH3 + Cl* - CH2* + HCl Đồ án môn học Độ chọn lọc phản ứng cộng Clo vào Olefin phụ thuộc nhiều voà nhiệt độ, mà nhiệt độ cao chủ yếu xẩy phản ứng ngợc lại phản ứng công Sự tơng tác phán ứng cộng (1) phản ứng (2) Clo hoá Prropylen, đợc thể hình Hiệu suất, % 125 250 275 500 Nhiệt độ, oC Hình 1: Sự tơng quan phản ứng cộng phản ứng clo hoá Prropylen Từ hầu hết Olefin, có số nhiệt độ mà phản ứng bắt đầu vợt trội phản ứng cộng (nhiệt độ tới hạn clo hoá Olefin) Đối với Etylen 270-350oC, buten-2 170-200oC Olefin có nhánh nguyên tử Cacbon cha no (iso-buten) có khả cho phản ứng clo Khi clo hoá Olefin thòng tạo thành hỗn hợp sản phẩm vào vị trí khác phân tử Năng lợng liên kết C-H lợng kích hoạt thay đổi theo dãy số sau: CH2=CH- CH2- H Br2 > I2) đợc sản xuất cách điện phân dung dịch muối NaCl có màng ngăn, hydro kiềm điện phân đợc tạo thành đồng thời Đồ án môn học e Cl 0,5Cl e H + + 0,5 H Na + + OH NaOH Khí clo thu đợc có nồng độ khoảng 92% Cl2 có chứa tạp chất N2, O2 CO2 Chúng tách cách hoá lỏng clo (cho sản phẩm clo sạch) Ngoài ra, clo đợc sản xuất công nghiệp cách điện phân HCl, oxy hoá xúc tác HCl oxy, oxy hoá HCl HNO3 Clo dễ ăn mòn thiết bị, tác động ăn mòn đặc biết tăng clo ẩm Vì vậy, thiết bị clo hoá ngời ta thờng bảo vệ vỏ kim loại vật liệu chì, men gốm, sứ Ngoài dùng loại thép đặc biệt nh graphic thuỷ tinh để chế tạo đờng ống chì Để giảm ăn mòn cho trình trớc cho vật liệu vào phải sấy khô nguyên liệu clo V.2 Nguyên liệu để sản xuất Dicloetan V.2.1 Nguyên liệu Etylen [5] Etylen có công thức CH2 = CH2, chất quan trọng công nghiệp hữu hoá dầu đợc sản xuất nhiều giới Etylen thờng không đợc sử dụng trực tiếp mà đợc sử dụng nh hợp chất trung gian Etylen lên nh chất trung gian vào năm nh 1940 US.Oil công ty hoá chất khác bắt đầu phân tách từ khí thải tinh chế sản xuất từ etan Sau etylen đợc thay dần axetylen nhiều trình tổng hợp V.2.1.1 Tính chất vật lý Etylen [5] Etylen chất khí, hoá lỏng 105 oC, không màu, không mùi, hầu nh không tan nớc Các tính chất vật lý etylen đợc thể bảng sau Bảng Tính chất vật lý etylen Điểm nóng chảy Điểm sôi Nhiệt độ tới hạn (Tc) áp suất tới hạn (Pc) Tỷ trọng tới hạn -169,15oC -103,71oC 990oC 5,117MPa 0,21g/cm3 10 Đồ án môn học II.2 /Xây dựng công nghệ sản xuất Dicloetan II.2.1/ Sơ đồ dây chuyền sản xuất Dicloetan (xem trang bên) Thiết bị clohoá Bể chứa Dicloetan thô Thiết bị làm lạnh Thiết bị ngng tụ Thiết bị khử HCl Thiết bị trung hoà Thiết bị phân ly Thùng chứa kiềm Thung chứa Dicloetan 10.Tháp tinh luyện 11 Thiết bị đun sôi đáy tháp 12.Thiết bị cất phân đoạn 13.Thiết bị phân ly 14.Tháp tinh luyện 15.Thiết bị đun sôi đáy tháp 16.Thiết bị cất phân đoạn 17.Thiết bị làm lạnh 18.Bơm I Etylen , II- Clo , III- Nớc , IV Kiềm ,V polyclorit , VI Dicloetan II.2.2/ Thuyết minh dây chuyền sản xuất Khí Clo Etylen đợc sấy khô qua phận đo lu lợng cho vào thiết bị Clo hoá trực tiếp (1) theo tỷ lệ Cl / Etylen = 1,1 Không nên cho d clo để ngăn ngừa sản phẩm phụ cho clo d tác dụng với cacbuahydro ống dẫn , phản ứng toả nhiệt mạnh bốc cháy cacbuahydro Pha loãng khí clo không khí ( 8- 10 % thể tích khí phản ứng ) để tiến hành phản ứng nhiệt độ t= 20 30 oC Dicloetan chứa bể chứa (2) , khí thoát đỉnh tháp thiết bị clo hoá gồm có Dicloetan , etylen cha phản ứng , N2,O2,CO2 dùng dung môi (kerosen ) hấp thụ ngng tụ tháp (3) làm lạnh đến 20oC , nhiệt độ hầu hết Dicloetan ngng tụ Sản phẩm lỏng ngng tụ cho bể chứa (2) Các khí tách từ phía thiết bị làm lạnh (3) cho vào thiết bị (5) dùng nớc tới để làm HCl , phần không hấp thụ đợc thải khí nh O2 ,CO2 , N2 30 Đồ án môn học Dicloetan thô cho sang thiết bị (6) để trung hoà HCl có Dicloetan thô NaOH 10 % phân riêng tháp (7) , dung dịch kiềm thừa cho quay lại thiết bị (8) , phần dung dịch kiềm bẩn đợc thải Sản phẩm HCl đợc cho vào thùng chứa (9) tiếp tục tinh luyện tháp (10) Tại đáy tháp (10) trì nhiệt độ 75- 80 oC Hỗn hợp đẳng phí Dicloetan với nớc khỏi tháp , đợc ngng tụ thiết bị ngng tụ hồi lu (12) phần tuần hoàn lại tháp chng (10) , phần cất phân lớp thiết bị phân ly (13) , nớc đợc đa đến trạm làm , Dicloetan cho quay lại thùng chứa (9) Phần đáy tháp (10) cho sang tháp tinh luyện hai (14) Dicloetan phần cất tách đỉnh tháp , đáy tháp Polyclorit 31 Đồ án môn học Phần II Tính toán Chơng I Tính cân vật chất trình clo hoá trực tiếp etylen [8,9,10] I Tính toán cân vật chất cho trình clo hoá Sản lợng sản xuất đợc 20.000 tấn/năm, chọn thiết bị clo hoá trực tiếp etylen nhiệt độ thấp, áp suất trung bình, làm việc liên tục không nghỉ kể ngày lễ chủ nhật Thiết bị nghỉ làm việc đến kỳ sửa chữa Trong năm có 365 ngày ta dành: - 15 ngày dành để nghỉ tết cho việc kiểm tra sửa chữa nhỏ - 20 ngày cho việc trì, bảo dỡng, thay sửa chữa lớn Nh vậy, năm số ngày làm việc thiết bị là: 365 15 20 = 330 ngày Suy số làm việc năm thiết bị là: 330 x 24 =7920 Ta có số liệu ban đầu là: - Năng suất: 10.000 tấn/năm - Lợng DE tổn thất: 3% - Lợng tricloetan tạo thành: 4,6% - Lợng etylen lấy d: 10% - Hiệu suất chung: 95% - Thành phần khí ban đầu tính theo % thể tích: + Etylen kỹ thuật: 92%CH2; 5%C2H6; 3%C3H6 + Clo kỹ thuật: 85%Cl2; 10,4%N2; 3%O2; 1,6%CO2 Trong DE hoà tan 50% HCl (khí) tạo thành phản ứng + Năng suất DE tính theo là: 10000 * 1000 = 1262,6262 kg/h 7290 + Lợng DE tổn thất 3% là: 32 Đồ án môn học 1262,6262 0,03 = 37,8787 kg/h + Lợng DCE có đợc 1262,6262+ 37,8787 = 1300,5049 kg/h Đồng thời lợng TCE (tricloetan) tạo thành chiếm 4,6% lợng DE nên lợng TCE tạo là: 1300,5049 0,046 = 59,8232 kg/h Khi clo tác dụng với etylen, xảy phản ứng sau: CH2= CH2 + Cl2 CH2= CH2 + 2Cl2 ClCH2- CH2Cl DCE ClCH2- CHCl2 + HCl TCE (1) (2) Ngoài clo phản ứng với propylen CH2= CH- CH3 + Cl2 CH2Cl- CHCl- CH3 (3) Diclopropylen (DCP) I.1 Tính lợng chất vào thiết bị clo hoá I.1.1 Tính lợng etylen cần để tạo thành DE TCE + Theo phản ứng (1) Cứ 28kg C2H4 tạo thành 99kg DE X1kg C2H4 tạo thành 1300,5049 kg/h DE Vậy X = 1300,5049 * 28 = 367,82kg / h 99 Với M C H = 28 M ClCH CH 2Cl = 99 + Theo phản ứng (2) Cứ 28 kg C2H4 tạo thành 133,5 kg TCE X2 kg C2H4 tạo thành 59,8232 kg TCE Vậy X = 59,8232 * 28 = 12,5472kg / h 133,5 Tổng lợng C2H4 tiêu tốn cho phản ứng (1) (2) là: 33 Đồ án môn học X1+ X2 = 367,82 + 12,5472 = 380,3672 kg/h Hiệu suất trình 95% nên lợng C2H4 thực tế 380,3672 : 0,95 = 400,3865 kg/h Trong thực tế ngời ta lấy d 10%, lợng etylen tổng cộng 400,3865 + 0,1.400,3865 =440,425 kg/h + Lợng etylen kỹ thuật cần dùng là; 440,425 : 0,92 = 478,723 kg/h + Lợng etan có etylen kỹ thuật là: 478,723 0,05 = 23,936 kg/h + Lợng propylen có etylen kỹ thuật là: 478,723 0,03 = 14,36169 kg/h I.1.2 Tính lợng clo để tạo thành DE, TCE DCP - Theo phản ứng (1) Cứ 28 kg C2H4 tác dụng hết với 71 kg clo 367,82 kg C2H4 tác dụng hết với Y1 kg clo Vậy Y1 = 367,82 * 71 = 932,686kg / h 28 - Theo phản ứng (2) Cứ 28 kg C2H4 tác dụng hết với 142 kg clo 12,5472 kg C2H4 tác dụng hết với Y2 kg clo Vậy Y2 = 12,5472 * 142 = 63,635kg / h 28 - Theo phản ứng (3) Cứ 42 kg propylen tác dụng hết với 71 kg clo 13,6436 kg propylen tác dụng hết với Y3 kg clo 34 Đồ án môn học Vậy Y3 = 13,6436 * 71 = 23,064kg / h 42 Vậy tổng lợng clo cần thiết dùng cho phản ứng Y1+ Y2+ Y3 = 963,686+ 63,635 + 23,064 = 1019,385 kg/h Trong kỹ thuật có 85% clo, lợng khí clo kỹ thuật 1019,385 : 0,85 = 1199,276 kg/h Lợng N2 có clo kỹ thuật 1199,276 0,104 = 124,7247 kg/h Lợng O2 có clo kỹ thuật 1199,276 0,03 = 35,978 kg/h Lợng CO2 có clo kỹ thuật 1199,276 0,016 = 19,1884 kg/h Gv = 478,733 + 1199,276 = 1677,999 Kg/h I.2 Tính lợng chất thiết bị clo hoa Lợng etylen d 440,425 380,3672 = 60,0578 kg/h - Theo phản ứng (3) + Lợng DCP tạo thành Cứ 42 kg C3H6 tạo thành 113 kg DCP 13,6436 kg C3H6 tạo thành Z1 kg DCP Vậy Z = 13,6436 *113 = 36,7078kg / h 42 - Theo phản ứng (2) + Lợng HCl tạo thành Cứ 28 kg C2H4 tạo thành 36,5 kg HCl 12,5478 kg C2H4 tạo thành Z2 kg HCl 35 Đồ án môn học Vậy Z = 12,5478 * 36,5 = 17,785kg / h 28 Từ kết tính đợc ta có bảng số liệu sau Bảng Cân vật chất thiết bị clo hoá Lợng chất vào Thành phần Etylen kỹ thuật C2H4 C2H6 C3H6 Clo kỹ thuật Cl2 N2 O2 CO2 Lợng chất Khối lợng (kg/h) Thành phần Khối lợng (kg/h) HCl 8,8925 DCE 1262,6262 TCE 59,8232 DCP 36,7078 Khí C2H4d 60,0578 C2H6 23,936 N2 124,7247 O2 35,978 CO2 19,1884 HCl 8,8925 DE tổn thất 37,8787 = 1639,73 440,425 23,936 14,36169 1019,385 124,7247 35,978 19,1884 vào = 1639,692 Chơng II Tính cân nhiệt lợng thiết bị clo hoá [ 8,9,10,11,12,13] Ta có phơng trình cân nhiệt lợng thiết bị phản ứng Qngliệu + Qp = Qra + Qtt + Qll [2-196] Trong đó: Qngliệu: nhiệt lợng nguyên liệu mang vào, kcal/h Qp: nhiệt toả phản ứng clo hoá, kcal/h Qra: nhiệt sản phẩm mang ra, kcal/h Qtt: nhiệt tổn thất mang môi trờng xung quanh, kcal/h Qll: nhiệt tác nhân làm lạnh mang vào, kcal/h I Tính lợng nhiệt nguyên liệu mang vào I.1 Lợng nhiệt etylen kỹ thuật mang vào 36 Đồ án môn học Q1 = QC2 H + QC2 H + QC3 H , kcal / h mà Q = G.C.t [2-196] Trong đó: G: lợng hỗn hợp đầu, kg/h C: nhiệt dung riêng, kcal/h t: nhiệt độ đầu chất, oC Trong trình ta lấy to= 25oC Ta có bảng số liệu sau Bảng6 Nhiệt lợng etylen kỹ thuật mang vào C2H4 C2H6 G 440,425 23,936 C 0,38 0,39 Q 4184,0375 233,367 Vậy tổng nhiệt lợng etylen kỹ thuật mang vào C3H6 14,36169 0,364 130,691 Q1= 4184,0375 + 233,367 + 130,691 = 4548,1045 kcal/h I.2 Nhiệt lợng clo kỹ thuật mang vào Q2 = QCl2 + Q N + QO2 + QCO2 , kcal / h mà Q= G.C.t [2-196] Nhiệt độ trình to= 25oC Ta có bảng số liệu sau Bảng7 Nhiệt lợng clo kỹ thuật mang vào G C Q Cl2 1019,385 0,114 2905,247 N2 124,7247 0,25 779,529 O2 35,978 0,2 179,89 CO2 19,1884 0,22 105,5362 Tổng nhiệt lợng clo kỹ thuật mang vào Q2= 2905,247 + 779,529 + 179,89 + 105,5362 = 3970,2028 kcal/h Tổng nhiệt lợng nguyên liệu mang vào là: QI = Qnguyên liệu = Q1 + Q2 = 8518,3037 kcal/h II Nhiệt lợng phản ứng clo hoá II.1 Tính nhiệt lợng phản ứng (1) tạo thành 37 Đồ án môn học CH2= CH2 + Cl2 ClCH2- CH2Cl + H1 Ta có Q1= - a H1 Với a: số mol etylen tham gia phản ứng a= 380,3672 = 13,5845kmol / h = 13584,5mol / h 28 H1: hiệu ứng nhiệt phản ứng (1) H1= 52,546kcal/mol Nhiệt lợng phản ứng (1) tạo thành Q1= 13584,5 52,546 = 713811,137 kcal/h II.2 Tính nhiệt lợng phản ứng (2) tạo thành CH2= CH2 + 2Cl2 ClCH2- CHCl2 + HCl + H2 H2: hiệu ứng nhiệt phản ứng (2) tạo thành, H2 đợc xác định theo công thức sau: H = ni C i n j C j H2= C[C=C] + 4C[C-H] + 2C[Cl-Cl] C[C-C] 3C[C-H] 3C[C-Cl] C[H-Cl] Biết: C[C=C] = 101,2 kcal/mol C[C-H] = 85,6 kcal/mol C[Cl-Cl] = 57,8 kcal/mol C[C-Cl] = 62,8 kcal/mol C[H-Cl] = 102,1 kcal/mol H2 = 101,2 + 4.85,6 + 2.57,8 101,2 3.85,6 3.62,8 102,1 H2 = -79,461 kcal/mol Vậy nhiệt lợng phản ứng (2) tạo thành 38 Đồ án môn học Q2 = a H2 = 502 79,461 = 39889,422 kcal/h II Tính nhiệt lợng phản ứng (3) tạo thành ClCH2- CHCl- CH3 + H3 CH2= CH- CH3 + Cl2 Ta có Q3 = a H3 a: số mol propylen tham gia phản ứng (3) a = 324,8 mol/h H3: hiệu ứng nhiệt phản ứng (3) H3 = 0,02.52,546 = 1,051 kcal/mol Số mol propylen tham gia phản ứng (3) a= 13,64359 = 03248kmol / h = 324,8mol / h 42 Vậy nhiệt lợng phản ứng (3) tạo thành Q3 = 324,8 1,051 = 341,3648 kcal/h Tổng nhiệt lợng tạo thành phản ứng QII = Qphản ứng = Q1 + Q2 + Q3 QII = 754041,9238 kcal/h Tổng nhiệt lợng đa vào cho trình clo hoá Qvào = Qnguyên liệu = Qphản ứng = QI + QII Qvào = 758012,1266 kcal/h III Nhiệt lợng sản phẩm mang khỏi thiết bị clo hoá III.1 Nhiệt lợng sản phẩm khí mang Ta có: QK = QC2 H +Q C2 H +QCO2 + Q N + QO2 + QHCl K + QDETT Từ kết tính đợc phần trên, ta có nhiệt lợng sản phẩm 39 Đồ án môn học QCO2 = 105,5362kcal / h QO2 = 179,89kcal / h Q N = 779,529kcal / h QC2 H = 233,367 kcal / h Và từ công thức : Q = G.C.t [2-196] Với nhiệt độ trình to = 25oC, ta có Bảng Nhiệt lợng sản phẩm khí mang G C Q C2H4 d 60,0578 0,38 570,5491 HCl khí 8,8925 0,19 42,2394 DE tổn thất 37,8787 0,198 187,499 Tổng nhiệt lợng khí mang QIII = Qkhí = 2098,61 kcal/h III.2 Nhiệt lợng sản phẩm lỏng mang Qlỏng = QDE + QTCE + QDCP + QHCl Theo công thức Q = G.C.t [2-196] Trong trình ta lấy nhiệt độ to = 30oC, ta có Bảng Nhiệt lợng sản phẩm lỏng mang DCE lỏng 1262,6262 0,285 10795,454 G C Q TCE 59,8232 0,36 646,09 Trong đó: CDCP: đợc xác định theo công thức M.C = n1.c1 + n2.c2 + n3.c3 + Với: M: khối lợng phân tử 40 DCP 36,7078 0,463 509,871 HCl lỏng 8,8925 0,35 93,371 Đồ án môn học n1, n2, n3: nhiệt dung riêng nguyên tố tơng ứng M.C = 3Cc + 6CH + 2CCl Với: Cc = 2,8 kcal/nguyên tử.độ CH = 4,3 kcal/nguyên tử.độ CCl = kcal/nguyên tử.độ Từ số liệu trên, thay vào công thức ta tính đợc nhiệt dung riêng DCP C DCP = 3.2,8 + 6.4,3 + 2.8 = 0,444 kcal/kg.độ 133 Từ số liệu này, ta tính theo công thức Q = G.C.t nhiệt độ t o = 0oC, với nhiệt độ to = 30oC nhiệt dung riêng DCP tăng lên 4,2% Do nhiệt dung riêng DCP CDCP = 0,444.1,042 = 0,463 kcal/kg.độ Vậy tổng lợng nhiệt sản phẩm lỏng mang QIV = QDE lỏng + QTCE + QDCP + QHCl lỏng QIV = 12044,786kcal/h Từ ta tính đợc tổng lợng nhiệt sản phẩm lỏng khí mang khỏi thiết bị clo hoá Qra = QIII + QIV = 14143,396 kcal/h IV Nhiệt lợng mát môi trờng xung quanh Do phản ứng clo hoá etylen toả nhiệt lớn nên ta coi nhiệt tổn thất 2% Do đó, ta có tổng lợng nhiệt trình QV = Qtt = 0,02.Qvào QV = 0,02 758012,1266 = 15160,24 kcal/h V Nhiệt lợng tác nhân làm lạnh Theo phơng trình cân nhiệt lợng Qngliệu + Qphản ứng = Qra + Qtt + Qll 41 Đồ án môn học Suy ra: QVI = Qll = Qngliệu + Qphản ứng Qra - Qtt QVI=733256,595 kcal/h Từ kết tính đợc, ta có: Bảng 10 Cân nhiệt lợng thiết bị clo hoá Lợng nhiệt vào, kcal/h Thành phần QI = Qngliệu QII = Qphản ứng Q3 = Lợng nhiệt 4548,1045 3970,2028 754041,9238 Lợng nhiệt ra, kcal/h Thành phần Q4 QV QVI vào = 762560,2311 Q7 = Lợng nhiệt 2098,61 12044,786 15160,24 733256,595 = 762560,231 42 Đồ án môn học Kết luận Sau thời gian nghiên cứu thiết kế , với giúp đỡ tận tình cô giáo PGS-TS Đinh Thị Ngọ em hoàn thành đồ án : Thiết kế phân xởng sản xuất Dicloetan với suất 10000T/N , với nội dung sau Xem xét , đánh giá trình clo hoá olefin để tổng hợp 1,2 Dicloetan đa phơng pháp để tổng hợp lựa chọn phơng pháp clo hoá pha lỏng xúc tác ion Do phù hợp điều kiện thực tế nớc ta nguyên liệu , trình độ công nghệ khả vận hành thiết bị Tính toán thiết kế dây chuyền sản xuất 1,2 Dicloetan với suất 10000T/N để đáp ứng nhu cầu xã hội bán thành sản phẩm Dicloetan Cụ thể : Tính toán cân vật chất , cân nhiệt lợng cho thiết bị phản ứng , đa dây chuyền sản xuất xử lý sản phẩm thô chất thải công nghiệp Tuy nhiên đồ án nhiều thiếu sót , sơ xuất thân nhiều hạn chế , kinh nghiệm Em mong thầy cô tham gia ý kiến giúp đỡ em Cuối em xin trân trọng cảm ơn thầy nhiệt tình hớng dẫn em hoàn thành đồ án Hà Nội 7/1/ 2004 Tài liệu tham khảo Nguyễn Mai Liên Bộ môn kỹ thuật hữu Tổng hợp hữu cơ Trờng ĐH Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh Wolgany Gerhartx Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemitry , Vol A6 ,1997 Phan Minh Tân Tổng hợp hữu - hoá dầu , Tập , Trờng ĐH Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh 43 Đồ án môn học Nguyễn Đình Soa Hoá học vô Trờng ĐH Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh - 1994 Wolgany Gerhartx Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry , Vol A10 Bộ môn tổng hợp hữu Hoá hữu - Tập Nhà xuất khoa học kỹ thuật - Hà nội 1999 Kirk - Ottmer Encyclopedia of Chemical Technology Bộ môn trình thiết bị công nghệ hoá chất Sổ tay trình thiết bị công nghệ hoá chất - Tập Nhà xuất khoa học kỹ thuật Trờng ĐH Bách Khoa Hà nội - 1978 Bộ môn trình thiết bị công nghệ hoá chất Sổ tay trình thiết bị công nghệ hoá chất - Tập Nhà xuất khoa học kỹ thuật Trờng ĐH Bách Khoa Hà nội - 1978 10 Trần Công Khanh Thiết bị phản ứng hoá học Trờng ĐH Bách Khoa Hà nội 1978 11 Bộ môn trình thiết bị công nghệ hoá chất Cơ sở trình thiết bị công nghệ hoá học - Tập Trờng ĐH Bách Khoa Hà nội 1999 12 Bộ mônquá trình thiết bị công nghệ hoá chất Bài tập VD trình thiết bị công nghệ hoá học Trờng ĐH Bách Khoa Hà nội 1978 13 Bộ môn hoá lý Sổ tay tóm tắt đại lợng hoá lý Trờng ĐH Bách Khoa Hà nội 1963 44 [...]... xuất là hết sức cần thiết Đối với nớc ta thì nguồn nguyên liệu etylen và clo rất phong phú và rẻ tiền nên ta chọn công nghệ sản xuất Dicloetan bằng phơng pháp Clo hoá trực tiếp etylen ở nhiệt độ thấp ( T= 2030oC ) 29 Đồ án môn học II.2 /Xây dựng công nghệ sản xuất Dicloetan II.2.1/ Sơ đồ dây chuyền sản xuất Dicloetan (xem trang bên) 1 Thiết bị clohoá 2 Bể chứa Dicloetan thô 3 Thiết bị làm lạnh 4 Thiết. .. quá trình sản xuất 1,2 Dicloetan bằng phơng pháp Clo hoá trực tiếp Etylen ở nhiệt độ cao Hình 2: Sơ đồ sản xuất 1,2 Dicloetan ở nhiệt độ cao (xem trang bên) 1 Thiết bị phản ứng 2 Thiết bị làm lạnh 3 Thiết bị phân ly 4 Thiết bị lam lạnh sau 5 Thiết bị phân ly 6 Tháp tách phần nặng 7 Thiết bị đun sôi đáy tháp I Khí thải , II Vinylclorua , III Dicloetan , IV Phần nặng I.1.5.2/ Nguyên lý làm việc Khí... 5 Thiết bị khử HCl 6 Thiết bị trung hoà 7 Thiết bị phân ly 8 Thùng chứa kiềm 9 Thung chứa Dicloetan 10.Tháp tinh luyện 11 Thiết bị đun sôi đáy tháp 12 .Thiết bị cất phân đoạn 13 .Thiết bị phân ly 14.Tháp tinh luyện 15 .Thiết bị đun sôi đáy tháp 16 .Thiết bị cất phân đoạn 17 .Thiết bị làm lạnh 18.Bơm I Etylen , II- Clo , III- Nớc , IV Kiềm ,V polyclorit , VI Dicloetan II.2.2/ Thuyết minh dây chuyền sản. .. Dicloetan cũng là sản phẩm phụ của sản xuất Oxyran ( Etylenoxit ) , sản xuất bằng con đờng Clohydrin cổ điển Hiệu suất Dicloetan chỉ đạt thấp hơn 50% nên không đợc sử dụng trong công nghiệp Bởi vì Oxyran là sản phẩm chủ yếu của quá trình Oxyclohoá trực tiếp , do đó quá trình này không quan trọng trong công nghiệp sản xuât Dicloetan 28 Đồ án môn học Chơng iii : so sánh và lựa chọn phơng pháp sản Xuất. .. đợc cung cấp Dicloetan khô từ quá trình Oxyclohoá hoặc Dicloetan tuần hoàn từ phân đoạn Vinylclorua ( Dicloetan cha chuyển hoá ) Phần nhẹ ra khỏi đỉnh tháp 1 đợc ngng tụ qua thiết bị làm lạnh 2 và qua thiết bị phân ly 3 và lợng etylen cha phản ứng đợc tuần hoàn trở lại tháp 1 Phần cha ngng tụ tiếp tục qua thiết bị làm lạnh 4 và đa qua thiết bị phân ly 5 Vinylclorua từ quá trình cracking Dicloetan ... dụng một thiết bị phản ứng hoặc một hệ thống khoảng ba lò phản ứng nối tiếp nhau Các ống thờng đợc chế tạo bằng kim loại của Ni , thiết bị phản ứng đợc chế tạo bằng thép cácbon Hình 3 : Sơ đồ sản xuất 1,2 Dicloetan bằng phơng pháp Oxyclohoá tầng chặt (xem trang bên) 1 Máy nén 2 Thiết bị gia nhiệt 3 Thiết bị phản ứng tầng chặt 4 Tháp khử HCl 5 Thiết bị làm lạnh 6 Thiết bị tách khí lỏng 7 Thiết bị phân. .. trình sản xuất Do nhu cầu sử dụng Dicloetan ngày càng tăng và vai trò của Dicloetan cũng quan trọng trong nền công nghiệp tổng hợp hữu cơ hoá dầu Việc lựa chọn và sử dụng công nghệ sản xuất Dicloetan loại nào là tuỳ thuộc vào vốn đầu t , khả năng công nghệ và mức độ phối hợp của dây chuyền sản xuất , nguồn nguyên liệu và xúc tác cho quá trình Căn cứ vào điều kiện thực tế ở nớc ta , lựa chọn công nghệ sản. .. luôn là cần thiết Hỗn hợp long dới đáy thiết bị (6) cho sang thiết bị phân ly (7) và hỗn hợp sau đó đợc đa sang thiết bị rửa NaOH (8) Sau quá trình rửa đợc đa sang htáp khử nớc đồng sôi ( sấy khô bằng chng cất đẳng phí (9) , tại đây Dicloetan đợc sấy khô , sản phẩm đỉnh nhẹ đợc đa đi xử lý sau cùng với hỗn hợp đẳng phí tạo điều kiện cho việc thu hồi sản phẩm ( Etylen , Monocloetan , Dicloetan , dẫn xuất. .. và phát triển loại xúc tác Zeolit là con đờng trực tiêpsanr xuất Vinylclorua từ etan mà không cần sử dụng quá trình cracking Dicloetan Các quá trình nh thế có thể đa ra lợi nhuận và làm giảm chi phí cho các nhà máy là sử dụng trực tiếp etan một cách dễ dàng và thu hồi sản phẩm phị một cách kinh tế hơn IV / Các quá trình khác sản xuất Dicloetan [2] Quá trình sản xuất Dicloetan từ Etanol thì không đợc... (10) duy trì nhiệt độ là 75- 80 oC Hỗn hợp đẳng phí của Dicloetan với nớc đi ra khỏi tháp , đợc ngng tụ trong thiết bị ngng tụ hồi lu (12) và một phần tuần hoàn lại tháp chng (10) , còn một phần cất phân lớp ở thiết bị phân ly (13) , nớc đợc đa đến trạm làm sạch , còn Dicloetan cho quay lại thùng chứa (9) Phần đáy của tháp (10) cho sang tháp tinh luyện làn hai (14) ở đây Dicloetan là phần cất tách ra