Nghiên cứu xúc tác oxy hóa metanol thành formaldehit MỤC LỤC Trang PHẦN MỞ ĐẦU 4 PHẦN I : TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 5 CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NGUYấN LIỆU CỦA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT FORMALDEHYDE .5 5 I. GIỚI THIỆU CHUNG .5 5 II. TÍNH CHẤT VẬT LÝ 5 III. TÍNH CHẤT HÓA HỌC 7 IV. CHỈ TIÊU NGUYÊN LIỆU METANOL ĐỂ SẢN XUẤT FORMALDEHYDE .8 8 V. MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA METANOL .9 9 CHƯƠNG II: TÍNH CHẤT VÀ ỨNG DỤNG CỦA FORMALDEHYDE 11 11 I. TÍNH CHẤT VẬT LÝ .11 11 II. TÍNH CHẤT HÓA HỌC .15 15 III. CHỈ TIÊU FORMALDEHYDE THƯƠNG PHẨM .17 17 IV. ỨNG DỤNG CỦA SẢN PHẨM FORMALDEHYDE .18 18 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất Formaldehyde Trần Văn Hiếu 2 Trờng ĐHBK Hà Nội CHNG III: CC PHNG PHP SN XUT FORMALDEHYDE 20 I. QU TRèNH SN XUT FORMALDEHYDE S DNG XC TC BC 21 1. Cụng ngh chuyn húa hon ton Metanol23 23 2. Cụng ngh chuyn húa khụng hon ton v chng thu hi Metanol .26 26 II. CễNG NGH SN XUT FORMALDEHYDE S DNG XC TC OXIT .28 28 1. Cụng ngh sn xut da trn phng phỏp FORMOX .29 29 2. Cụng ngh sn xut formaldehyde ca Vin nghiờn cu xỳc tỏc Novoxibiec .32 32 CHNG IV: SO SNH V MT KINH T CA CC QU TRèNH SN XUT FORMALDEHYDE V LA CHN S CễNG NGH .34 34 I. SO SNH CC QU TRèNH 34 II. LA CHN S CễNG NGH .36 36 CHNG V : CC PHNG PHP SN XUT FORMALDEHYDE KHC 38 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất Formaldehyde Trần Văn Hiếu 3 Trờng ĐHBK Hà Nội I. QU TRèNH SN XUT FORMALDEHYDE BNG CCH OXY HểA METAN 38 II. QU TRèNH SN XUT FORMALDEHYDE BNG PHNG PHP OXY HểA ETYLEN 39 III. QU TRèNH SN XUT FORMALDEHYDE BNG PHNG PHP THU PHN CLORUA METYLEN39 39 CHNG VI : CễNG NGH SN XUT FORMALDEHYDE S DNG XC TC BC 40 I. S CễNG NGH SN XUT FORMALDEHYDE S DNG XC TC BC, NNG SUT 50.000 TN/NM40 40 II. THUYT MINH DY CHUYN CễNG NGH .41 41 III. MT S C TRNG V QU TRốNH SN XUT FORMALDEHYDE DNG XC TC BC .41 41 1. Cỏc phn ng .41 41 2. C ch quỏ trỡnh .43 43 3. Cỏc yu t nh hng n quỏ trỡnh .44 44 4. Thit b phn ng chớnh .45 45 PHN II : TNH TON CễNG NGH 47 I. CC S LIU U .47 47 II. TNH CN BNG VT CHT .48 48 1. Tớnh cõn bng cho ton phõn xng 54 54 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất Formaldehyde Trần Văn Hiếu 4 Trờng ĐHBK Hà Nội 2. Tớnh cõn bng cho thit b bay hi metanol .55 55 3. Tớnh cõn bng cho thỏp hp th .55 55 4. Tớnh cõn bng cho thit b un núng khớ .58 58 III. TNH CN BNG NHIT LNG .59 59 1. Tớnh cho thit b phn ng . 59 59 2. Tớnh cho thit b tụi .64 64 3. Tớnh cho thit b un núng khớ .65 65 4. Tớnh cho thit b bay hi metanol .68 68 IV. TNH TON THIT B PHN NG .72 72 1. Tớnh phn lm lnh nhanh hn hp sau phn ng .72 72 2. Tớnh ng kớnh, th tớch lớp xỳc tỏc, chiu cao lớp xỳc tỏc phn phn ng .74 74 3. Tớnh ng kớnh ng dn nguyờn liu vo thit b .76 76 4. Tớnh ng kớnh ng dn sn phm ra khi thit b .77 77 5. Tnh y thit b .80 80 6. Tớnh np thit b .80 80 7. Tớnh chiu dy thõn thit b .81 81 PHN III. TN CHA V VN CHUYN FORMALDEHYDE 85 PHN IV. BIN PHP BO V MễI TRNG 86 86 PHN V. THIT K XY DNG 87 I. C IM NH MY87 87 II. A IM XY DNG87 87 1. Cỏc yờu cu chung87 87 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất Formaldehyde Trần Văn Hiếu 5 Trờng ĐHBK Hà Nội 2. Cỏc yờu cu v k thut xừy dng88 88 3. Cỏc yờu cu v mụi trng v v sinh cụng nghip88 88 III. GII PHP THIT K TNG TH MT BNG NH MY89 89 1. Nguyờn tc thit k tng mt bng nh mỏy89 89 2. Cỏc hng mc cng trnh90 90 KT LUN 93 TI LIU THAM KHO 94 M U Formaldehyde l mt húa cht húa hc cụng nghip quan trng v c dựng trong quỏ trỡnh sn xut ca rt nhiu ngnh cụng nghip. Hin nay cỳ trn 50 ngnh cụng nghip s dng formaldehyde. Formaldehyde cng l mt trong nhng hp cht hu c quan trng cung cp cho cỏc ngnh sn xut cụng nghip v tiờu dựng, nú dng thng phm formaldehyde hũa tan trong H 2 O dng dung dch 37 50% c gi l formalin. õy l mt trong nhng bỏn thnh phm quan trng cho ngnh tng hp hu c v nhiu ngnh khỏc nh : ngnh y t dựng p xỏc, ty mựi, ngnh thc phm dựng trỏnh thiu thi, thuc da trong cụng ngh thuc da giy Formaldehyde c tng hp ln u tiờn vo nhng nm 1859. Khi Butlerov thc hin thu phõn metylen axetal v ch ra mựi c trng ca dung dch. n nm 1867 Hofman ó tng hp c formaldehyde bng cỏch cho hn hp hi metanol v khụng khớ i qua lớp xỳc tỏc platin dng si xon ó c lm núng. Quỏ trỡnh sn xut mang tớnh cụng nghip ó c thc thi Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất Formaldehyde Trần Văn Hiếu 6 Trờng ĐHBK Hà Nội vo nm 1882 khi Tollens khỏm phỏ ra mt phng phỏp iu chnh lng hi metanol t l khụng khớ v xỏc nh hiu sut ca phn ng . Nm 1886 Loew thay th xỳc tỏc dng si xon platin bng xỳc tỏc li ng cú hiu qu hn. Mt cụng ty ca c bt u i vo sn xut v nm 1889 sn xut thng mi ca formaldehyde c bt u. Mt húng khc ca c, ó s dng xỳc tỏc bc cho quỏ trỡnh ny vo nm 1910 . Nm 1905 Badische Anilin v Soda Fabrik bt u sn xut formaldehyde bi quỏ trỡnh liờn tc, s dng xỳc tỏc Ag tinh th . Sn lng formaldehyde l 30 kg/ngy di dng dung dch nc 30% khi lng. Metanol cn thit i vi quỏ trỡnh sn xut formaldehyde c thu hi t ngnh cụng nghip g nh quỏ trỡnh nhit phõn. S phỏt trin ca vic tng hp metanol di ỏp sut cao do Badische Anilin v Soda Fabrik nm 1925 cho phộp quỏ trỡnh sn xut formaldehyde trờn phm vi cụng nghip vi quy mụ rng ln . Hng nm Vit Nam phi nhp khu formalin sn xut cỏc vt liu polime, vt liu cỏch in, cỏch nhit cht m kim loi, cht ph tr cho cụng nghip dt, cht sỏt trựng cho chn nuụi Do ú vic nghiờn cu thit k phõn xng sn xut formalin l rt cn thit nhm ỏp ng nhu cu s dng trong nc v gim thiu chi phớ nhp khu t nc ngoi . Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất Formaldehyde Trần Văn Hiếu 7 Trờng ĐHBK Hà Nội Phn I : tng quan lý thuyt CHNG I : GII THIU CHUNG V NGUYấN LIU ca quỏ trỡnh sn xut formalin . I/ GII THIU CHUNG : Metanol cũn gi l methyl acohol hoc ru g, cỳ cng thc húa hc l CH 3 OH, khi lng phõn t 32,042. Nm 1661 ln u tiờn Robert Boyle ó thu c metanol sau khi tinh ch g gim bng sa vụi. Sau ú vo nm 1857 Berthelot cng ó tng hp c metanol bng cỏch x phũng húa methyl chloride. Trong khong t 1830 - 1923 ch cú ngun quan trng nht sn xut metanol t gim g thu c khi chng khụ g. Ti u nhng nm 1913, Metanol ó c sn xut bng phng phỏp tng hp t CO v H 2 . n u nhng nm 1920, M.PIER v cc ng nghip ca hóng BASF da trn s phỏt trin ca h xỳc tỏc ZnO - Cr 2 O 3 ó tin mt bc ỏng k trong vic sn xut metanol vi quy mụ ln trong cụng nghip. Vo cui nm 1923 quỏ trỡnh ny c thc hin ỏp sut cao (25 - 35 MPa, T o = 320 450 o C), chỳng c s dng trong cụng nghip sn xut metanol hn 40 nm. Tuy nhiờn vo nhng nm 1960 ICI ó phỏt trin mt hng tng hp metanol ỏp xut thp (5 - 10 Mpa, T o = 200 300 o C) trờn xỳc tỏc CuO vi chn lc cao. Hin nay, metanol c sn xut nhiu hn trờn th gii bng phng phỏp tng hp ỏp xut thp cũn phng phỏp chng t gim g ch chim khong 0,003% tng lng metanol sn xut c . II/ TNH CHT VT Lí : Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất Formaldehyde Trần Văn Hiếu 8 Trờng ĐHBK Hà Nội Metanol l cht lng khụng mu, cú tớnh phõn cc, tan trong H 2 O, Benzen, Ru, este v hu ht cỏc dung mụi hu c. Metanol cú kh nng hũa tan nhiu loi nha nhng ít tan trong cỏc loi cht bộo, du . Metanol d to hn hp chỏy n vi khụng khớ (7 - 34%), rt c cho sc kho con ngi, vi lng 10ml tr lờn cú th gõy t vong . Mt s hng s vt lý quan trng ca metanol : Tờn Hng số Nhit sụi (101,3 KPa) Nhit úng rn T trng cht lng (O o C, 101,3 KPa) T trng cht lng (25 o C, 101,3 KPa) Nhit bc chỏy p sut ti hn Nhit ti hn T trng ti hn Th tớch ti hn H s nộn ti hn Nhit núng chy Nhit húa hi 64,7 o C - 97,68 o C 0,81000 g/cm 2 0,78664 g/cm 2 470 o C 8,097 MPa 239,49 o C 0,2715 g/cm 3 117,9 c 3 /mol 0,224 100,3 KJ/kg 1128,8 KJ/kg Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất Formaldehyde Trần Văn Hiếu 9 Trờng ĐHBK Hà Nội Nhit dung riờng ca khớ (25 o C, 101,3 KPa) Nhit dung riờng ca lng (25 o C, 101,3 KPa) nhớt ca lng (25 o C) . nhớt ca khớ (25 o C) H s dn in (25 o C) Sc cng b mt trong khụng khớ (25 o C) Entanpi tiờu chun (khớ 25 o C, 101,3 KPa) Entanpi tiờu chun (lng 25 o C, 101,3 KPa) Entnopi tiờu chun (khớ 25 o C, 101,3 KPa) Entnopi tiờu chun (lng 25 o C, 101,3 KPa) H s dn nhit lng (25 o C) H s dn nhit hi (25 o C) Gii hn n trong khụng khớ 44,06 Jmol -1 .K 1 84,08 Jmol -1 K -1 0,5513 m Pas 9,6.10 -3 m Pas (2-7).10 -9 -1 .Cm -1 22,10 m N/m - 200, 94 KJ/mol - 238,91 KJ/mol 239,88 J mol -1 K -1 127,27 J mol -1 K -1 190,16 m Wm -1 K -1 14,97 m Wm -1 K -1 5,5 - 44% vol III/ TNH CHT HểA HC : Metanol l hp cht n gin u tiờn trong dóy ng ng cỏc ru no n chc. Húa tớnh ca nú c quyt nh bi nhúm OH. Cỏc phn ng ca metanol i theo hng t liờn kt C-O hoc OH v c c trng bi s thay th nguyờn t H hay nhúm OH trong phõn t . Mt s phn ng c trng : 1. Phn ng hydro hoỏ : CH 3 0H + H 2 CH 4 + H 2 O 2. Phn ng tỏch H 2 O : 140 140 o C Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất Formaldehyde Trần Văn Hiếu 10 Trờng ĐHBK Hà Nội 2CH 3 OH + H 2 CH 3 - O - CH 3 + H 2 O 3. Phn ng oxy húa : Khi oxy húa metanol trờn xỳc tỏc kim loi (Ag, Pt, Cu) hay xỳc tỏc oxit (Fe, Mo) hoc hn hp oxit (VMo, Fe - Mo. Ti - Mo) trong iu kin thớch hp tac thu c formaldehyde v cỏc sn phm phụ : CH 3 OH + 1/2 O 2 CH 2 O + H 2 O + Q, H = -159 KJ/mol Nu oxy húa sõu hn s to ra axit fornic : CH 3 OH + O 2 HCOOH + H 2 O Nu oxy húa hon ton thu c CO 2 v H 2 O CH 3 OH + 1/2 O 2 CO + H 2 O CH 3 OH + O 2 CO 2 + H 2 O 4. Phn ng dehydro húa : Khi tham gia phn ng dehydro húa s to thnh sn phm l : CH 2 O CH 3 OH CH 2 O + H 2 IV/ CH TIấU NGUYN LIU METANOL SN XUT FORMALIN TRN XC TC BC. H 2 SO 4 đặc t o , xt t o , xt t o , xt t o , xt [...]... hydro v oxy d v s to thnh cỏc sn phm phụ 1 Cụng ngh chuyn húa hon ton metanol (cụng ngh BASF) c trng ca cụng ngh ny l duy trỡ ch chuyn húa metanol nhit cao (u 720oC) Do ú metanol cú mc chuyn húa cao Sn phm cú nng 40 50% formaldehyde : 1,3% metanol v 0,01% axit formic Hiu sut ca quỏ trỡnh t 89 95% Hn hp metanol v nc c dn vo ct bay hi Khụng khớ sch c dn vo ct chng tỏch Hn hp khụng khớ v metanol. .. Formaldehyde l sn phm quan trng nht, tng hp t metanol Khong 40% Metanol trờn th gii c dựng tng hp formaldehyde vi t l gia tng t 30% Cỏc phng phỏp tin hnh u dựa trờn quỏ trỡnh oxyho Metanol bng khụng kh Chng ch khỏc nhau ch yu l nhit v bn cht ca xỳc tỏc s dụng Metyl tert - butyl ete (MTBE) : l sn phm c tng hp bng phn ng gia Metanol v isobuten trờn axit trao i ion Lng Metanol s dng cho mc ớch ny cng ngy cng... nhit 150oC thỡ formaldehyde b phõn hu thnh metanol v oxit cacbon 150oC 2HCHO CH3OH + CO 350oC to thnh CO v H2 : HCHO 350oC CO + H2 Ngoi ra, sn phm ca quỏ trỡnh phõn hu cú th l metan, metanol, axit formic khi cú mt xỳc tỏc kim loi Pt, Cu, Al, Cr 2/ Phn ng oxy hoỏ kh : Formaldehyde th khớ hoc th hũa tan cú th b oxy húa thnh axit formic CH2O + 1/2 O2 HCOOH Nu oxy húa sõu hn thỡ to thnh CO2 v nc : CH2O... thỡ phi tng nhit lờn 120oC Trong dung dch formaldehyde k thut ngi ta cú b sung thờm metanol vi nng 2% * Một s hng s vt lý ca dung dch formalin : Dung dch nc cú 37 45% trng lng formaldehyde + Nhit sụi : 97 97oC + Nhit úng rn khi cú metanol : 5050oC + Nhit chp chỏy khụng cú metanol : 8585oC + Nhit chp chy cỳ 15% metanol : 5050oC p sut riờng phn ca formaldehyde trong cỏc dung dch nc ph thuc vo nhit... Formaldehyde Thi gian kh mu ti thiu (kim tra KMnO4) 30 phút V MT S NG DNG CA METANOL : Metanol l mt trong nhng nguyờn liu v dung mụi quan trng nht cho cụng nghip tng hp húa hc Metanol cũn c coi l nhiờn liu lý tng trong lnh vc nng lng v chy hon ton v khng gừy ụ nhim mụi trng 1 S dng lm nguyờn liu cho tng hp húa hc : Hin nay khong 70% sn lng Metanol trờn ton th gii c s dng trong tng hp húa hc sn xut cỏc hp cht... XC TC BC : Quỏ trỡnh s dng xỳc tỏc bc cho vic chuyn húa metanol to thnh formaldehyde thng c tin hnh ỏp sut khớ quyn v nhit 680 720oC Nhit ca phn ng cũn ph thuc vo lng d ca metanol trong hn hp vi khụng khớ S to thnh ca hn hp ny phi nm ngoi gii hn n (gii hn n trờn ca hn hp l 44% metanol) Nhng phn ng chớnh din ra trong quỏ trỡnh chuyn húa metanol to thnh formaldehyde l : CH3OH CH CH2O + H2 , H =... formaldehyde chim u th ch khỏc nhau mt vi oC Oxy trong khụng khớ c cho vo phn ng ta nhit iu chnh nhit (phn ng (2)) Mc dự xy ra phn ng (5) v (6) cú xy ra Hn na lng oxy khụng khớ a vo vi mong mun iu chnh nhit phn ng (1) v (4) Ngoi nhit v xỳc tỏc cn cỳ nhng nhõn t khỏc nh hng n nng sut formaldehyde v mc chuyn húa metanol ú l khớ tr Nc cng cú mt trong hn hp u di dng hi metanol Nc v nitr cng cú mt trong hn... c hoc vụ c 2 S dng trong lnh vc nng lng : Metanol l ngun thay th rt ha hn cho cỏc sn phm du m nn chng tr nờn quỏ t lm nhiờn liu Metanol cú th c dựng pha vo xng, nhiờn liu diezel nhm ci thin mt s tớnh cht ca nhiờn liu) 3 Cỏc ng dng khỏc: Metanol cú nhit ụng c thp v d tan trong nc nờn s dng trong cỏc h thng lm lnh c dng tinh khit v hn hp vi nc v glycol Metanol cng c dựng lm cht chng ụng trong h... khụng hon ton v chng thu hi metanol Quỏ trỡnh ny tin hnh 590 650oC Do nhit tng i thp nờn ít xy ra cỏc phn ng ph v hiu sut cú th t 91 92% nhng chuyn húa ch t 82 85% Dung dch sau thỏp hp th c a i chng luyn thu hi metanol Sn phm sau chng ct cha 55% formaldehyde v 1% metanol Quỏ trỡnh ny ó c dựng mt s cụng ty ln (vớ d ICI, Berdew v Degussa) Hn hp gm khụng khớ sch v metanol ban u c dn vo thit b... ph thuc rt nhiu vo ch nhit, chuyn húa metanol t 50% ti 400oC, t 90% ti 500oC v t 99% ti 700oC Nhit ph thuc vo hng s cõn bng ca phn ng Hng s cõn bng ca phn ng c mụ t nh sau : Log Kp = (4600/T) - 6,470 T cỏc thụng s nhit ng ó a ra cỏc phn ng (1) n (6) Nghiờn cu ng hc vi bc trờn mt cht mang ó ch ra rng : Sự to thnh formaldehyde l mt hm ca s tp trung oxy v lng oxy cũn li trờn b mt sau thi gian phn ng . Nghiên cứu xúc tác oxy hóa metanol thành formaldehit MỤC LỤC Trang PHẦN MỞ ĐẦU 4 PHẦN I : TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 5 CHƯƠNG. phm quan trng nht, tng hp t metanol. Khong 40% Metanol trờn th gii c dựng tng hp formaldehyde vi t l gia tng t 30%. Cỏc phng phỏp tin hnh u dựa trờn quỏ trỡnh oxyho Metanol bng khụng kh. Chng. cng ó tng hp c metanol bng cỏch x phũng húa methyl chloride. Trong khong t 1830 - 1923 ch cú ngun quan trng nht sn xut metanol t gim g thu c khi chng khụ g. Ti u nhng nm 1913, Metanol ó c sn