Đang tải... (xem toàn văn)
Luận văn : Tính cân Bằng nhiệt lượng trong hệ thống tháp oxy hoá
Đồ án tốt nghiệp Khoa công nghệ hoá học Mục lục Mở đầu PhÇn I - Lý thuyÕt chung Chơng 1: Tính chất nguyên liệu sản phẩm 1.1 Phenol 1.2 Cumen .12 Chơng 2: Các phơng pháp sản xuất phenol 16 2.1 Quá trình sản xuất phơng pháp nóng chảy kiềm dẫn xuất sunfo .17 2.2 Quá trình sản xuất phenol phơng pháp clo hãa benzen 21 2.3 S¶n xuÊt phenol Quá trình dehydro hóa dẫn xuất cyclohexanol cyclohexanon 23 2.4 Quá trình sản xuất phenol phơng pháp oxy hóa toluen 24 2.5 Quá trình axetoxyl hãa 29 2.6 Oxy ho¸ trùc tiÕp benzen 30 2.7 S¶n xuất phenol phơng pháp oxy hoá cumen 30 2.8 So sánh phơng pháp sản xuÊt phenol 33 Ch¬ng 3: Sản xuất phenol phơng pháp oxy hóa cumen 36 3.1.C¬ së lý thut cđa sù oxy hãa cumen .36 3.2 Cơ sở lý thuyết trình phân hủy cumen hydroperoxit b»ng xóc t¸c axit 40 3.3.Công nghệ trình oxy hóa cumen 43 Phần II - Tính toán 46 Chơng 1: Tính toán cân vật chất hệ thống tháp oxy hoá 46 Chơng 2: Tính cân nhiệt lợng hệ thống tháp oxy hoá 52 Chơng 3: Tính toán thiết bị (tháp oxy hoá) 56 PHần III - ThiÕt kÕ x©y dùng 65 III.1 Xác định địa điểm x©y dùng 65 III.1.1.Nhiệm vụ yêu cầu 65 III.1.2 Cơ sở để xác định địa điểm xây dựng 65 III.2 Thiết kế tổng mặt nhà m¸y 67 Yêu cầu thiết kế tổng mặt nhà máy 67 Phân vùng nhà m¸y 68 Tỉng mỈt b»ng 69 C¸c chØ tiªu 70 Nhà sản xuất .70 Phần IV- an toàn lao động phân xởng 72 I Kh¸i qu¸t chung 72 II Nguyên nhân xảy tai nạn lao động 72 Lê Hoàng Giang - Hoá dầu K 48 Đồ án tốt nghiệp Khoa công nghệ hoá học III Các biện pháp đảm bảo an toàn lao động 73 III.1 Phßng chèng bơi 73 III.2.C¸c biện pháp cần thiết để phòng chống cháy nổ 73 kÕt luËn 75 tµi liƯu tham kh¶o 76 Lời cảm ơn Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc TS Nguyễn Hồng Liên đà tận tình giảng dạy em thời gian qua nh hớng dẫn tạo điều kiện giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Lê Hoàng Giang - Hoá dầu K 48 Đồ án tốt nghiệp Khoa công nghệ hoá học Qua em xin chân thành cảm ơn tới thầy, cô giáo môn Hoá hữu - Hoá dầu đà truyền thụ kiến thức quý báu cho thân em Tôi xin cảm ơn tới gia đình bạn bè lớp đà động viên giúp đỡ hoàn thành tốt đồ án Hà nội ngày 28 tháng năm 2008 Sinh viên: Lê Minh Tuấn Mở ĐầU Phenol (hydroxyl benzene, carbolic, axit, C 6H5OH) dẫn xuất dÃy thơm đợc F Runge phát lần vào năm 1834, chất dÃy đồng dẳng với nhóm -OH đính trực tiếp vào gốc aromatic Phenol tồn nh thành phần tự nh sản phẩm có mặt chất tự nhiên thực thể sinh vật Ban đầu phenol đợc lấy từ nhựa than đá, sau lợng tiêu thụ phenol tăng lên cách đáng quan tâm phenol đợc sản xuất nhiều phơng pháp tổng hợp khác Lúc đầu phơng pháp tổng hợp phenol từ axit benzensulfonic (C 6H5SO3H) Lê Hoàng Giang - Hoá dầu K 48 Đồ án tốt nghiệp Khoa công nghệ hoá học clobenzen (C6H5Cl) sau đợc thay trình sản xuất đại hơn, mà chủ yếu trình Hock sản xuất phenol từ cumen Phenol đóng vai trò quan trọng ngành công nghiệp nh làm nguồn nguyên liệu cho nhiều hợp chất trung gian sản phẩm cuối quan trọng Những mục đích sử dụng phenol công nghiệp bảng 1: Bảng Những mục đích sử dụng phenol công nghiệp.[1] Tây ©u(%) MÜ(%) NhËt(%) ThÕ giíi(%) 1973 1984 1974 1973 1989 Nhùa phenol 37 33 48 60 41 Capro lactan 22 25 15 Axit adipic 12 Bisphend A 11 Aniline 22 13 18 15 21 14 20 1,04 0,211 4,450 Các sản phẩm khác 18 Lợng tiêu thụ(106 tấn) 0,954 21 18 Hầu hết phenol thành phẩm đợc chế biến thành keo phenol dùng cho ngành công nghiệp chất dẻo, nhựa, sản xuất sơn, sản xuất thuốc nhuộm, dùng dợc phẩm, sản xuất chất nổ trình tổng hợp hữu tinh vi khác Các trình sản xuất phenol bị cản trở tính an toàn cao làm nguyên liệu sản xuất so với nguyên liệu từ benzen Tất sản phẩm có giá trị kinh tế quan trọng chúng đợc sản xuất phạm vi rộng tạo nhiều vật liệu cho ngời tiêu dùng Chẳng hạn nh là: chất kết dính, bọt cách điện, chất tẩy vết bÈn, nhùa platic, thc diƯt cá, thc trõ s©u, thc nhuộm, hơng vị cao su hoá học Bảng sản lợng phenol sản xuất giới theo phơng pháp khác nhau: Bảng Bảng biểu thị sản lợng phenol sản xuất giới [1] Quốc gia Năm Năng suất 106 tấn/năm Từ cumen (%) Lê Hoàng Giang - Hoá dầu K 48 Từ toluen (%) Từ nhựa than đá Những phơng pháp khác Đồ án tốt nghiệp Tây âu Mỹ Nhật Châu Đông âu Thế giới Khoa công nghệ hoá học 1973 1,14 87 1978 1,48 88 10 1985 1,3 92 1989 1,45 93 1974 1,25 97 2 1977 1,5 95 1985 1,5 98 1989 1,9 98 1977 0,28 100 1985 0,4 99 1989 0,6 99 1985 0,89 1989 0,9 1989 96 Nh đà trình bày ta thấy phenol giữ vai trò quan träng nỊn kinh tÕ, trùc tiÕp hay gi¸n tiÕp Chóng ta cã thĨ s¶n xt nhiỊu s¶n phÈm cần thiết quan trọng cho xà hội từ phenol Việt Nam công nghệ sản xuất phenol cha phát triĨn, ngn cung cÊp phenol nhÊt lµ tõ chng thu than đá, nhng cha thoả mÃn nhu cầu sử dụng nớc Phần lớn phải nhập từ nớc Vì vấn đề nghiên cứu phơng pháp sản xuất phenol có ý nghĩa khoa học thực tế lớn Phần I Lý thuyết chung Chơng 1: Tính chất nguyên liệu sản phẩm 1.1 phenol: 1.1.1 Tính chất vật lý phenol:[2] Lê Hoàng Giang - Hoá dầu K 48 Đồ án tốt nghiệp Khoa công nghệ hoá học Phenol chất rắn, tinh thể không màu, có mùi vị đặc trng, nóng chảy 42 C sôi 181,40C Khối lợng phân tử: 94,42 kg/Kmol 20 Tỷ träng: d 1, 072 g / cm Phenol ë điều kiện thờng có dạng hình kim hay hình khối màu trắng, tan nớc cho chất lỏng không màu Phenol dễ bị tác dụng ánh sáng không khí nên có màu hồng Giới hạn cho phép không khí 0,005 mg/l Phenol tan nớc lạnh nhng hoà tan hoàn toàn nhiệt độ lớn 65,30C Hợp chất dễ tan hydrocacbon thơm, rợu ete nhng tan parafin không tan cacbonat kiềm Phenol có tính sát trùng mạnh, gây bỏng da độc thể Hỗn hợp phenol khoảng 10% khối lợng nớc đợc gọi dung dịch phenol, tồn trạng thái lỏng nhiệt độ phòng Có thể nói phenol dung dịch thực dung dịch hữu (các hydrocacbon thơm, rợu, xeton, ete, axit, hợp chất halogenhydrocacbon ) Phenol tạo thành hỗn hợp đồng với nớc chất khác, tham khảo bảng số liệu sau (Bảng 3) Bảng Các hỗn hợp đồng tạo thành phenol [1] CÊu tư thø hai ¸p st, kPa §iĨm s«i, 0C Níc 101,3 78,8 39,2 94,5 90,0 75,0 Isopropynbenzen n-Propynbenzen - Metylstrylen 101,3 101,3 101,3 149 158.5 162 Thành phần phenol, % 9,21 8,29 7,2 14 Các thông số vật lý khác phenol.[1] Lê Hoàng Giang - Hoá dầu K 48 Đồ án tốt nghiệp Khoa công nghệ hoá học Khối lợng phân tử 94,11 Nhiệt độ sôi (101,3 kPa) 181,75 0C Nhiệt độ nóng chảy 40,9 0C Tỷ trọng tơng đối 0C 1,092 20 0C 1,071 50 0C 1,050 Độ nhớt động học: Nhiệt ®é (0C) 20 50 100 150 H»ng sè ph©n ly níc (20 0C ) §é nhít (MPa.s) 11,41 3,421 1,5 0,67 1,28.10-10 Nhiệt hoá (182 0C) 514 ( Kj/kg) Nhiệt tạo thành (20 0C ) 160 (Kj/kg) Nhiệt cháy Nhiệt dung riêng: -32,590 kj/kg 0C 1,256 (Kjkg-1k-1) 20 0C 1,394 (Kjkg-1k-1) 50 0C 2,244 (Kjkg-1k-1) 100 0C 2,382 (Kjkg-1k-1) NhiÖt dung riêng (trạng thái hơi): 27 0C 1,105 kjkg-1k-1 527 0C 2,260 kjkg-1k-1 Điểm chớp cháy: (DIN 51758) 81 0C Giới hạn cháy nổ thấp không khí 101,3 kPa 1,3%V (50g/cm3) Nồng độ bÃo hoà không khí Lê Hoàng Giang - Hoá dầu – K 48 ( ë 200C) 0,77 g/cm3 Đồ án tốt nghiệp Khoa công nghệ hoá học Nhiệt độ bốc cháy (DIN 51794) 595 0C Nhiệt độ tự bốc cháy 715 0C Điểm chớp cháy hỗn hợp với nớc 1- 4% nớc khoảng > 82 > 4,5% níc C > 100 0C Điện trở suất ( 450C ) >1,8107 .m Hỗn hợp với 5% nớc 4,9 106 .m áp suất bÃo hòa phenol nhiệt độ khác nhau: NhiƯt ®é (0C) 20 36,1 48,5 58,3 69 84,8 ¸p suÊt (kPa) 0,02 0,1 0,25 0,5 1,0 2,5 114,5 184,5 247,5 10 100 500 1.1.2 C¸c tÝnh chÊt ho¸ häc cña phenol: [4] Phenol chøa nhãm - OH cã hydro linh động, mặt khác có nhân benzen thể đặc tính thơm đặc tính đợc tăng lên ảnh hởng nhóm OH ( nhóm loại I làm hoạt hoá nhân benzen) Công thức phân tử phenol là:C6H6O OH Công thức cấu tạo : Các tính chất hoá học phenol bắt nguồn từ đặc tính nhóm OH nhân bezen Trong phân tử phenol có oxy liên hợp (p-) electron tự nguyên tử oxy với electron vòng benzen khiến cho liên kết (-O-H) phân cực so với (-O-H) alcol, nguyên nhân gây tính axit phenol Do có hiệu ứng liên hợp mà mật độ eletron nhân tăng lên làm cho phenol có phản ứng electrophyl cao benzen Phenol có hai trung tâm phản ứng: nhóm hydroxyl nhân thơm Tính axit : Lê Hoàng Giang - Hoá dầu K 48 Đồ án tốt nghiệp Khoa công nghệ hoá học Phenol tác dụng đợc với kiềm mà tác dụng đợc với dung dịch kiềm C6H5OH + NaOH C6H5ONa + H2O Phenol có tính axit mạnh nớc (Ka =10-10 ), rợu nhng yếu axit cacbonic ( Ka=10-5) Vì cho tác dụng với axit vô phenol bị giải phóng khỏi muèi cña nã + H2CO3 C6H5OH + HCO3- C6H5O2 Tạo thành ete C6H5OR: Phản ứng alkyl hoá nhóm OH tiến hành thuận lợi từ phenolat C6H5ONa + NaOH c6h5oh - H2O + RX c6h5ona c6h5or + nax Phản ứng ngng tụ: Nguyên tử hydro vị trí para octo dễ tham gia phản ứng ngng tụ với formandehyt dùng xúc tác axit hay kiềm tạo thành monome để tổng hợp nhựa phenol formaldehyt OH OH HCHO OH CH2 CH2OH C6H5OH Polyme H+ OH4 OH Phản ứng electrophyl nhân thơm: Nhóm OH nhóm hoạt động hóa định hớng tác nhân electrophyl vị trí octo, para a Phản ứng nitro hóa: Phenol tác dụng với axit nitric đậm đặc tạo thành 2,4,6 trinitro phenol (axit picric) nguyên liệu cho thuốc nổ oh oh Hno3 đặc o 2n no2 no2 trinitrophenol (axit picric) Lê Hoàng Giang - Hoá dầu K 48 Đồ án tốt nghiệp Khoa công nghệ hoá học b Phản ứng kolbe - Schimitt: Khi đun natri phenolat dòng CO tạo thành natrisalisilat sau axit hoá để tổng hợp axit salixylic, nguyên liệu cần thiết để sản xuất aspyrin (axetyl salixylic axit) ONa + CO2 120-140oC OH áp suất Ngoài có phản ứng nh: HCl COONa Axyl hóa nhóm OH tạo este Phản ứng Reimer - Tiemann Phản ứng chuyển hóa phenol thành benzen OH COOH Oxy hóa: Với tác nhân oxy hóa phenol dễ tạo thành gốc tự Nó dime hoá để tạo thành diphenol oxy hóa sâu sắc tạo thành o-dihydroxybenzen quinon Vì gốc phenol tơng đối bền vững nên phenol gốc thích hợp đợc sử dụng làm chất ức chế trình oxy hóa Với với lợng nhỏ phenol tính chất gây khó khăn cho trình tự oxy hóa Cumen Phenol dễ kết đôi với muối diazo tạo hợp chất có màu Hợp chất đợc dùng làm độ nhạy cho trình trắc quang phenol khối diazo 4nitroanilin 1.1.3 øng dơng cđa phenol :[1] øng dơng quan träng phenol để sản xuất nhựa phenol formandehyt b»ng c¸ch ngng tơ phenol víi andehyt foocmic, xóc t¸c axit hay muối vô cơ, dung dịch NH3, NaOH Đây loại nhựa quan trọng dùng sản xuất bột làm nhựa tấm, sản xuất sơn, keo dán, nhùa xèp Ngoµi ra, 2,2 dipropan (bis phenol A) cịng sản phẩm quan trọng trình ngng tụ phenol với axeton có mặt axit vô Bis phenol A cã c«ng thøc nh sau: CH3 H – C6H4 C C6H4OH CH3 Lê Hoàng Giang - Hoá dầu K 48 10 ... (cumen), oxy hoá cumen tạo tert- hydroperoxit tơng ứng phân giải tạo phenol axeton (quá trình Hock) 6) Axetoxyl hoá benzene tổng hợp phenol Trong trình có trình Hock (oxy hoá cumen) trình oxy hoá. .. phenol từ bezen 3) Dehydro hoá hỗn hợp cyclohexanol cyclohexanon sản xuất phenol 4) Oxy hoá toluene tạo axit benzoic oxy hoá decacbonxy hoá tạo phenol (quá trình Dow) 5) Alkyl hoá benzene với propen... trình oxy hoá benzene hay toluene Mặc dù oxy hoá trực tiếp benzene nguyên lý chấp nhận đợc, cấu trúc phenol bị oxy hoá tiếp Bởi lựa chọn cách thức khác để thay Ví dụ: theo đờng halogen hoá benzene
![Bảng 2. Bảng biểu thị sản lợng phenol sản xuất trên thế giới [1] - Tính cân Bằng nhiệt lượng trong hệ thống tháp oxy hoá](https://media.store123doc.com/figures/001/692/bang-bang-bieu-thi-long-phenol-xuat-gioi-1692770.png)
![Bảng 3. Các hỗn hợp đồng nhất tạo thành do phenol [1] - Tính cân Bằng nhiệt lượng trong hệ thống tháp oxy hoá](https://media.store123doc.com/figures/001/692/bang-hon-hop-dong-tao-thanh-phenol-1692772.png)
