Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất formalin Lời cảm ơn Em xin chân thành cảm ơn GS-TS Đào Văn Tờng quí thầy cô môn hữu - hoá dầu tận tình giúp đỡ em học tập nh suốt trình làm đồ án tốt nghiệp Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới thầy giáo khoa, bạn bè lớp, em trao đổi kiến thức giúp đỡ em trình nghiên cứu mục lục Phần mở đầu Trang Phần I tổng quan lý thuyết Chơng I Giới thiệu chung nguyên liệu trình sản xuất formalin I Giới thiệu chung II Tính chất vật lý Trang Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất formalin III Tính chất hoá học IV Chỉtiêu nguyên liệu Metanol để sản xuất formalin V Một số ứng dụng Metanol Chơng II Tính chất ứng dụng formalin I Tính chất vật lý II Tính chất hoá học III Chỉ tiêu formalin thơng phẩm IV ứng dụng formalin thơng phẩm Chơng III Các phơng pháp sản xuất formalin I Quá trình sản xuất formalin sử dụng xúc tác bạc 1.Công nghệ chuyển hoá hoàn toàn Metanol 2.Công nghệ chuyển hoá không hoàn toàn chng thu hồi Metanol II Công nghệ sản xuất formalin sử dụng xúc tác oxit Công nghệ sản suất dựa phơng pháp formox 2.Công nghệ sản xuất formalin viện nghiên cứu xúc tác Novoxibiec Chơng VI So sánh mặt kinh tế trình sản xuất formalin lựa chọn sơ đồ công nghệ I So sánh trình II Lựa chọn sơ đồ công nghệ Chơng V Các phơng pháp sản xuất formandehyde khác I Quá trình sản xuất formandehyde cách oxy hoá metan II Quá trình sản xuất formandehyde cách oxy hoá etylen III Quá trình sản xuất formandehyde phơng pháp thuỷ phân clorua metylen Chơng VI Công nghệ sản xuất formalin sử dụng xúc tác bạc I Sơ đồ công nghệ sản xuất formalin sử dụng xúc tác bạc, suất 45000 tấn/ năm II.Thuyết minh dây chuyền công nghệ III Một số đặc trng thiết bị sản xuất formalin sử dụng xúc tác bạc Phần II Tính toán công nghệ I Các số liệu ban đầu II Tính cân vật chất ! tính cân cho toàn phân xởng Tính cân cho thiết bị bay Metanol Tính cân cho tháp hấp thụ Tính cân cho thiết bị đun nóng khí III Tính cân nhiệt lợng Tính cho thiết bị phản ứng Tính cho thiết bị Tính cho thiết bị đun nóng khí Tính cho thiết bị bay Metanol Kết luận Tài liệu tham khảo Trang Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất formalin phần mở đầu Trong thời kỳ công nghiệp hoá đại hoá đất nớc, việc thúc đẩy nghành công nghiệp mũi nhọn phát triển nhiệm vụ quan trọng cần thiết nhằm tạo đà cho phát triển toàn kinh tế Trong năm cuối kỷ 20 đầu kỷ 21 công nghệ hoá học nói chung công nghệ tổng hợp hữu hoá dầu nói riêng đợc xem nh nghành công nghiệp mũi nhọn nớc ta Công nghệ hữu - hoá dầu phát triển đáp ứng đợc mục tiêu quan trọng kinh tế là: Cung cấp hoá chất cho nghành tổng hợp hữu hoá dầu hoá học, tạo thay đổi lớn cấu chủng loại sản phẩm nghành hoá chất vật liệu nh : Sản xuất cao su, chất dẻo, tơ sợi tổng hợp, chất hoạt động bề mặt, phân bón, chí protein, công nghệ chất sơn, dợc phẩm Cung cấp sản phẩm lợng cho nhu cầu nhiên liệu động cơ, nhiên liệu công nghiệp, nhiên liệu sinh hoạt dầu mỡ bôi trơn Trong trình phát triển công nghiệp tổng hợp hữu cơ lại tách nhiều lĩnh vực khác nh công nghệ chất sơn, công nghệ dợc phẩm , công nghệ tổng hợp hữu hoá dầu, công nghệ sản xuất cao su Nhng quan trọng công nghệ tổng hợp hữu - hoá dầu tổng hợp hữu cơ bao gồm việc sản xuất với quy mô lớn chất dùng làm sở nguyên liệu cho tất công nghệ chất hữu lại , tổng hợp hoá dầu phát triển sở công nghệ chất hữu từ dầu mỏ Formandehyde hợp chất hữu có mặt tự nhiên hình thành từ hợp chất hữu trình quang hoá khí kết hợp với sống Trang Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất formalin trái đất Nó hình thành độ cô đặc thấp đo dợc,nó có mùi khó chịu nồng độ thấp 0.5 % 1% Formandehyde đợc tạo thành từ hợp chất hữu trình cháy không hoàn toàn Vì formandehyde đợc tìm thấy cháy động xe, nhiệt nhà máy, khí đốt chí khói thuốc Formandehyde hoá chất hoá học công nghiệp quan trọng đợc dùng trình sản xuất nhiều nghành công nghiệp Hiện 50 nghành sản xuất công nghiệp sử dụng formandehyde Formandehyde hợp chất hữu quan trọng để cung cấp cho nghành sản xuất công nghiệp tiêu dùng dạng thơng phẩm formandehyde hoà tan nớc dạng dung dịch 37ữ 45% đợc gọi formalin Đây bán thành phẩm quan trọng cho nghành tổng hợp hữu nghành khác nh : nghành y tế dùng để ớp xác, tẩy mùi, nghành thực phẩm dùng để tránh thiu thối, thuộc da công nghệ da dầy Formandehyde đợc tổng hợp lần vào năm 1859 Butlerov thực thuỷ phân Metylenaxetat mùi đặc trng dung dịch Đến năm 1867 Hofman tổng hợp đợc cách cho tổng hợp Metanol không khí qua lớp xúc tác Platin dạng xoắn đợc làm nóng Quá trình sản xuất mang tính công nghiệp đợc thực thi vào năm 1882 Tollens khám phá phơng pháp điều chỉnh lợng Metanol , tỷ lệ không khí ảnh hởng nhiên liệu phản ứng Năm 1886 Loew thay xúc tác dạng xoắn Platin xúc tác lới đồng có hiệu Một công ty Đức bắt đầu vào sản xuất năm 1889 phạm vi thơng mại andehyde đợc lan rộng Hugo Blank tìm cách sử dụng xúc tác bạc vào năm 1910 Sự phát triển công nghiệp tiếp tục kéo dài xuất, loại thiết bị nhu cầu sử dụng tăng lên Năm 1905 Badische Anilin SodaFabrik bắt đầu sản xuất formandehyde trình liên tục, sử dụng xúc tác bạc tinh thể Sản lợng 30 kg/ ngày dới dạng dung dịch ngậm nớc 30% khối lợng Metanol cần cho trình sản xuất formandehyde đợc thu hồi từ nghành công nghiệp gỗ gỗ cacbon hoá Sự phát triển việc tổng hợp metanol dới áp suất Trang Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất formalin cao Badische Anilin SodaFabrrik năm 1925 cho phép trình sản xuất formandehyde phạm vi quy mô lớn Hàng năm nớc ta phải nhập formalin để sản xuất loại vật liệu polime, vật liệu cách điện, chất mạ kim loại, chất phụ trợ cho nghành dệt, chất sát trùng cho chăn nuôi Do việc nghiên cứu thiết kế phân xởng sản xuất formalin cần thiết nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng nớc giảm tối thiểu chi phí nhập từ nớc Phần I : Tổng quan lý thuyết Chơng I : Giới thiệu nguyên liệu trình sản xuất formalin I / Giới thiệu chung Metanol gọi methylacohol rợu gỗ, có công thức hoá học CH3OH, khối lợng phân tử 32,042 Năm 1661 lần RobertBoyle thu đợc Trang Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất formalin Metanol sau tinh chế gỗ giấm sữa vôi Sau vào năm 1857 Berthelot tổng hợp đợc Metanol cách xà phòng hoá methychlorde Trong khoảng từ 1910 tới 1913 có nguồn quan trọng để sản xuất Metanol từ giấm gỗ thu đợc chng khô gỗ Tới đầu năm 1913 Metanol đợc sản xuất phơng pháp tổng hợp từ CO H2 Đến đầu năm 1920 M PIER đồng nghiệp hãng BASF dựa phát triển hệ xúc tác ZnO - Cr2O3 tiến bớc đáng kể việc sản xuất Metanol với quy mô lớn công nghiệp Vào cuối năm1923 trình đợc thực áp suất cao ( 25 ữ 35 MPa, T0 = 320 - 4500C ) chúng đợc sử dụng công nghiệp sản xuất Metanol 40 năm Metanol áp suất thấp (5 - 10 MPa, T = 200 - 3000C) xúc tác CuO với độ chọn lọc cao Hiện Metanol sản xuất nhiều giới phơng pháp tổng hợp áp suất thấp phơng pháp chng từ giấm gỗ chiếm khoảng 0,003% tổng lợng Metanol sản xuất đợc II / Tính chất vất lý Metanol chất lỏng không màu , có tính phân cực, tan nớc , BenZen, rợu este hầu hết dung môi hữu Metanol có khả hoà tan nhiều loại nhựa nhng tan chất béo, dầu Metanol dễ tạo hỗn hợp cháy nổ với không khí (7ữ34 %) , độc cho sức khoẻ cho ngời , với lợng 10ml trở lên gây tử vong Một số số vật lý quan trọng Metanol : Tên Nhiêt độ sôi ( 101,3 KPa) Nhiệt độ đóng rắn Tỷ trọng chất lỏng ( O0C - 101,3 KPa) Tỷ trọng chất lỏng ( 00C-101,3 KPa ) Nhiệt độ bốc cháy áp suất tới hạn Nhiệt độ tới hạn Tỷ trọng tới hạn Thể tích tới hạn Hệ số nén tới hạn Nhiệt độ nóng chảy Nhiệt hoá Nhiệt dung riêng khí(250C- 101,3 KPa) Nhiệt dung riêng lỏng(250C- 101,3 KPa) Độ nhớt lỏng (250C ) Độ nhớt khí (250C) Hệ số dẫn điện (250C ) Sức căng bề mặt không khí (250 C ) Hằng số 64,7 C - 97,8 0C 0,81000 g/cm3 0,78664 g/cm 4700C 8,097 MPa 239,490 C 0,2715 g/cm3 117,9 cm3/mol 0,224 100,3 KJ/kg 1128,8 KJ/kg 44,06 Jmol-1 K-1 81,08 Jmol-1 K-1 00,5513 mPas 9,6.10-3 mPas ( 2-7 ).10-9 2,2 mN/m Trang Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất formalin Entanpi tiêu chuẩn ( khí 250C - 101,3 kPa ) Entanpi tiêu chuẩn (lỏng 250C - 101,3 kPa ) Entropi tiêu chuẩn (khí 250C - 101,3 kPa) Entropi tiêu chuẩn (lỏng 250C - 101,3 kPa) Hệ số dẫn nhiệt lỏng (250C ) Hệ số dẫn nhiệt (250C ) Giới hạn nổ không khí - 200,94 kJ/mol -238,91 kJ/mol 239,88 Jmol -1K-1 127,27 Jmol -1K-1 190,16 mWm-1K-1 14,07 mWm-1K-1 5,5 - 44% vol III / Tính chất hoá học Metanol hợp chất đơn giản dãy đồng đẳng rợu no đơn chức Hoá tính đợc định nhóm OH Các phản ứng Metanol theo hớng đứt liên kết C-O O-H đợc đặc trng thay nguyên tử H hay nhóm OH phân tử Một số phản ứng đặc trng: Phản ứng hyđrô hoá: CH3OH + H2 CH4 + H2O 2.Phản ứng tách nớc: 2CH3OH CH3 - O - CH3 + H2 O Điều kiện: t0 : 1400 xt : H2SO4 đặc Phản ứng ôxy hoá : Khi ôxy hoá Metanol xúc tác kim loại ( Ag, Pt, Cu ) hay xúc tác ôxit ( Fe,Mo ) hỗn hợp ôxit (V-Mo, Fe-Mo, Ti-Mo) điều kiện thích hợp ta thu đợc Formandehyde sản phẩm phụ : CH3OH + 1/2O2 CH2O + H2O + Q , H = -159 KJ/mol Nếu ôxy hoá sâu tạo axit formic: CH3OH + O2 HCOOH + H2O Nếu ôxy hoá hoàn toàn thu đợc CO2 H2O: CH3OH + 1/2O2 CO + H2 CH3OH + O2 CO2 + H2O Các phản ứng thực điều kiện có nhiệt độ, xúc tác 4.Phản ứng dehydro hoá: Khi tham gia phản ứng dehydro hoá tạo thành sản phẩm CH2O Trang Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất formalin CH3OH CH2O + H2O IV/Chỉ tiêu nguyên liệu Metanol để sản xuất Formalin xúc tác bạc Nguyên liệu bao gồm: nớc mềm, Metanol kỹ thuật không khí Nớc: Trớc sử dụng phải đợc làm tạp chất làm mềm Metanol kỹ thuật : - Nhiệt độ sôi chng cất ( 760 mmHg ) : 64ữ 64,70C - Hàm lợng riêng - Hàm lợng nớc : 0,791 ữ 0,792 g/cm3 : 0,1% - Hàm lợng CH3OH : 99 ữ99,5% - Hàm lợng axit : 0,003% - Hàm lợng tổng andehyde xeton : 0,008% - Hàm lợng lu huỳnh : 0,002% Không khí : Trớc đa vào thiết bị phải đợc làm tạp chất để tránh gây ngộ độc xúc tác Một số tiêu quan trọng Metanol : Thành phần Hàm lợng Metanol Tỷ trọng , d420 Qui định > 99,85% 0,7928 g/cm3 Trang Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất formalin Khoảng nhiệt độ sôi cực đại Hàm lợng tổng andehyde xeton Hàm lợng etanol Hàm lợng hợp chất bay sắt ( tính theo sắt ) Hàm lợng lu huỳnh Hàm lợng clo Hàm lợng nớc PH Thời gian khử màu tối thiểu (kiểm tra KMnO4 ) 10C < 0,003 wt < 0,001% < 2.10-6g/l < 0,0001% < 0,0001% < 0,15% 7,0 30 phút V/ Một số ứng dụng Metanol Metanol nguyên liệu dung môi quan trọng cho công nghệ tổng hợp hoá học Metanol đợc coi nhiên liệu lý tởng lĩnh vực lợng cháy hoàn toàn không gây ô nhiễm Sử dụng làm nguyên liệu cho tổng hợp hoá học Mặc dù tiềm lớn nhng có lợng nhỏ Metanol đợc dùng lĩnh vực khác lại khoảng 70 % sản lợng Metanol toàn giới đợc sử dụng tổng hợp hoá học để sản xuất hợp chất quan trọng nh : Formandehyde, Dimetylterephtalat, MTBE, axit axetic Formandehyde: Formandehyde sản phẩm quan trọng tổng hợp từ metanol Khoảng 40% metanol toàn giới đợc dùng để tổng hợp Formandehyde với tỷ lệ gia tăng đạt 3% Các phơng pháp tiến hành dựa trình oxy hoá metanol không khí Chúng khác nhiệt độ chất xúc tác sử dụng Axitaxetic : axitaxetic đợc sản xuất từ trình cacbonyl hoá Metanol với có mặt CO pha lỏng xúc tác đồng thể CO - I, Rhodi-I Ni - I Phơng pháp BASF cổ điển tiến hành 65 MPa, phơng pháp đại ( Ví dụ : Monsanto) tiến hành MPa Bằng cách thay đổi điều kiện trình mà ta thu đợc anhyđric axetic metyleaxetat Khoảng 9% lợng Metanol giới đợc dùng để sản xuất axit axetic với mức độ gia tăng hàng năm đạt khoảng 6% Các sản phẩm khác : Sau khủng hoảng dầu mỏ giới vào đầu năm 1970, ngời ta tập trung vào việc tìm kiếm nguồn nhiên liệu thay thế, có nguồn nhiên liệu từ khí tổng hợp Metanol đợc quan tâm đặc biệt Trang Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất formalin Ngoài ra, Metanol đợc dùng để tổng hợp số lợng lớn hợp chất hữu khác nh: axit formic, metyl este axit hữu vô Sử dụng lĩnh vực lợng Metanol nguồn thay hứa hẹn cho sản phẩm dầu mỏ chúng trở nên đắt để làm nhiên liệu Metanol đợc dùng để pha vào xăng, nhiên liệu diesel nhằm cải thiện số tính chất nhiên liệu Các ứng dụng khác Metanol có nhiệt độ đông đặc thấp dễ tan nớc nên sử dụng hệ thống làm lạnh dạng tinh khiết hỗn hợp với nớc gly col Metanol làm chất chống đông hệ thống làm mát đốt nóng Một số lợng lớn Metanol đợc sử dụng để bảo vệ đờng ống dẫn khí thiên nhiên chống lại tạo thành khí hyđrat nhiệt độ thấp, làm tác nhân hấp thụ thiết bị làm khí để loại bỏ CO H2S nhiệt độ thấp làm dung môi cho trình hoá học Chơng II : Tính chất ứng dụng sản phẩm formandehyde I / Tính chất vật lý : Formandehyde ( CH2O ) chất khí không màu, mùi xốc , vị chua , độc ( tác động đến mắt , da mũi cổ họng , kích thích thần kinh với nồng độ nhỏ ) Formadehyde hoá lỏng - 19,20C tỷ trọng lỏng 0,8153( - 20oC) 0,9172 (ở - 80oC), đóng rắn - 118oC dạng bột nhão trắng trạng thái lỏng khí formadehyde ổn định nhiệt độ thấp nhiệt độ thờng (80 ữ 100oC) Khí formandehyde không polyme hoá khoảng 80 100 oC đợc xem nh khí lý tởng Một số số vật lý formandehyde Nhiệt độ tạo thành formandehyde 25oC : - 115,9 + 6,3 KJ/ mol Năng lợng Gibbs 25oC : - 100,9 KJ/ mol En tropi 25oC : 218,8 + 0,4 KJ/ mol Nhiệt chảy 25oC : 561,5 KJ/ mol Nhiệt hoá - 19,2 oC : 23,32 KJ / mol Nhiệt dung 25oC : 35,425 KJ/ mol Trang 10 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất formalin Ta có: Y = 3125 = 0,606(kgCH O / kgkt ) 5152,64 50 = 1,014( kgCH O / kghn) 49,3 XC = Lợng nớc( dung môi ) cần thiết cho vào tháp hấp thụ: G X = GTr ì Yd Yc Xc Xd Vì : Yc = Xđ = nên G X = 5152,64 ì 0,606 = 3079,388(kgCH O / h) 1,014 Lợng nớc thực tế cần bổ sung là: 3079,388 - 1588,725 = 1490,662 (kg/h) Lợng nớc theo khí thải khỏi tháp hấp thụ : 170,037(kg/h) Nh tổng lợng nớc cần đa vào tháp hấp thụ : 1490,6620 + 170,037 =1660,699(kg/h) Lợng CH3OH vào thấp hấp thụ : 6250ì 0,7% = 43,75(kg/h) Bảng số 4: Bảng cân vật chất tháp hấp thụ Chất vào Tên chất Chất Lợng(kg/h) Tên chất Lợng(kg/h) Trang 48 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất formalin Khí trơ CH2O CH3OH Nớc sản phẩm Nớc bổ sung 5152,64 3125 34,75 1588,725 1660,699 Formalin Khí trơ Nớc khí thải 6250 5152,64 170,037 Tổng 11570,815 Tổng 11570,677 Cân vật chất cho thiết bị đun nóng khí Bảng Chất cho vào Chất tạo thành Tên chất Lợng(kg/h) Tên chất Lợng(kg/h) N2 O2 4634,213 1408,140 N2 O2 4634,213 1408,140 Tổng 6042,353 Tổng 6042,353 III Tính toán cân nhiệt lợng Tính cho thiết bị phản ứng Nhiệt độ làm việc 7200C Ta giả thiết nhiệt độ hỗn hợp khí rợu vào thiết bị phản ứng 1100C Nhiệt độ phản ứng sau trao đổi nhiệt là: 3000C Ta có: - Lợng CH3OH đa vào tham gia phản ứng: 2,324.6250 = 114 ,14( kmol / h) 127,26 - Lợng N2 đa vào thiết bị phản ứng Trang 49 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất formalin 3,37.6250 = 165,51( kmol / h) 127,26 - Lợng O2 tham gia phản ứng: (0,896 0,02).6250 = 43,22( kmol / h) 127,26 - Lợng CH2O tạo thành: 2,121.6250 = 104,17( kmol / h) 127,26 - Lợng H2 tạo thành: 0,897.6250 = 44,05( kmol / h) 127,26 - Lợng H2O tạo thành: 1,603.6250 = 78,73( kmol / h) 127,26 - Lợng CH4 tạo thành: 0,027.6250 = 1,33( kmol / h) 127,26 - Lợng CO2 tạo thành: 0,176.6250 = 8,64( kmol / h) 127,26 * Ta có cân nhiệt lợng chất tham gia vào phản ứng nh sau: ( tính theo đơn vị kmol/h ) 114,14 CH3OH + 165,51 N2 + 43,22 O2 = 104,17 CH2O + 44,05 H2 + 78,73 H2O + 1,33 CH4 + 8,64 CO2 - Ta tính hiệu ứng nhiệt phản ứng theo công thức: Qp = (Nhiệtt othành)sp Nhiệtt othành )nl - Ta có nhiệt tạo thành sản phẩm 298 k ( tức 250C ): QCH2O= 104,17 115900 = 12073303 (kJ/h) QH2O= 78,73 241840 = 19040063,2 ( kJ/h ) QCH4= 1,33 74850 = 99550,5 (kJ/h ) QCO2 = 8,64 393510 = 3399926,40 (kJ/h ) Trang 50 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất formalin - Nh nhiệt tạo thành sản phẩm 298 k là: (Nhiệtt othành)sp = 34612843,1(kJ / h) - Nhiệt tạo thành nguyên liệu 298 k: QHC3OH = 114,14 20120 = 2296496,80 ( kJ/h ) QO2 = O - Ta có: Q298 = ( Nhiệtt othành )sp Q CH 3OH = 34612843,1 - 2296496,8 = 32316346, 30 (kJ/h ) - Tính hiệu ứng nhiệt 720oC ( 993k) theo công thức: Q993 = Q298 + 993 ( VC 298 / p VC // p ) Trong đó: VC / p : Tổng nhiệt dung phân tử chất bắt đầu tham gia phản ứng VC // p : Tổng nhiệt dung phân tử chất tạo thành V: Số mol chất tham gia phản ứng: Sau biến đổi lấy tích phân ta có công thức sử dụng thực tế là: Q993 = Q298 + ( T 298) + (T 298 ) + (T 2933 ) Trong đó: = Va = Vb = VC Với a, b, c hệ số phụ thuộc vào nhiệt độ nhiệt dung phân tử: CP = a + bT + cT2 Trang 51 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất formalin - Ta có nhiệt dung phân tử CPCH3OH = 20,45 + 0,1037.T - 0,0247.10-3T2 CPH2O = 28,8 + 0,1037.T - 1,435.10-6T2 CPO2 = 2,62 + 0,0115T - 3,22.10-6.T2 CPH2 = 28,8 + 0,000276T - 1,17.10-6.T2 CPN2 = 26,4 + 0,076T - 1,445.10-6.T2 CPCH2O = 20,94 + 0,0586T - 0,0156.10-6.T2 - Tính , , Ta có = Va = (20,45.114,14 + 26,2.43,22) - (20,94.104,17 + 28,8.78,73 + 28,8.44,05 + 14,15.1,33 + 52,2.8,64) = -2720,68 = Vb [(0,10373.114,14 + 0,0115.43,22) - (0,0586.104,17 + 0,01375.78,73 + 0,000276.44,05 + 0,075.1,33 + 0,022.8,64)] = 2,42223 = = Vc [(-0,0247.10-3.114,14 + (-3,22.10-6.43,22))] - (-0,0156.10-6.104,17 - 1,435.10-6.78,73 + 3,48.10-6.8,64 - 1,17.10-644,05) = 0,921.10-3 - Thay giá trị vào công thức ta có = Q993 = Q298 + (T - 298) + (T2 - 2982) + (T3 - 2983) Q993 = Q298 + (998 - 298) + (9982 - 2982) + (9983 - 2983) Q1 = 32316346,30 + [(-2720,68).695 + 2,4223.897245 + 0,921.10-3.952683065) = 33476226 (kJ) = Q993 = 33476226 (kJ) Trang 52 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất formalin - Số mol hỗn hợp đa vào thiết bị phản ứng là: n CH 3OH = n O2 = 3771,56 = 117,864 (kmol/h) 32 0,896.6250 = 44 (kmol/h) 127,26 n H 2O = 1588,726 6250.1,536 =92,397 (kmol/h) + 18 127,26.18 3,37.6250 = 165,507 (kmol/h) 127,26 - Tổng số mol là: 419,765 (kmol/g) - Nhiệt dung hỗn hợp rợu - không khí 1100C (383 K) CPCH3OH = 58,7 kJ/kmol.độ CPO2 = 30 kJ/kmol.độ CPN2 = 35,21 kJ/kmol.độ CPH2O = 35,21 kJ/kmol.độ - Lợng nhiệt hỗn hợp rợu - không khí mang vào nhiệt độ 1100C (383K) CPCH3OH = 117,861.58,7.110 = 761028,477 (kJ/h) CPO2 = 44.30.110 = 145200 (kJ/h) CPN2 = 165,507.29,1.110 = 529787.907 (kJ/h) CPH2O = 92,397.35,21.110 = 357862,8207 (kJ/h) - Tổng lợng nhiệt hỗn hợp rợu - không khí mang vào nhiệt độ 1100C (383K) Q2 = 1793879,2047 (kJ/h) Qvào = Q1 + Q2 = 33476226 + 1793879,2047 = 35270105,2047 (kJ/h) Lợng nhiệt mát môi trờng xung quanh Q3 = 5% Qvào = 35270105,2047.5% = 1763505,26 (kJ/h) Lợng nhiệt hỗn hợp sản phẩm mang sau phản ứng: Q4 = Qvào - Q3 = 35270105,2047 - 1763505,26 = 33506599,94 (kJ/h) Nhiệt lợng cân thiết bị phản ứng đợc thể bảng 2.Tính nhiệt lợng thiết bị sản phẩm n N2 = Trang 53 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất formalin Nhiệt độ khí sản phẩm sau phản ứng 3000C Dựa vào phơng trình cân nhiệt dung chất ta tính đợc nhiệt dung chúng 3000C CPCH3OH = 79,85 (kJ/kmol.độ) CPH2O = 54,51 (kJ/kmol.độ) CPCO2 = 36,19 (kJ/kmol.độ) CPCH4 = 43,78 (kJ/kmol.độ) CPO2 = 51,39 (kJ/kmol.độ) CPH2 = 28,95 (kJ/kmol.độ) CPN2 = 63,13 (kJ/kmol.độ) - Lợng nhiệt toàn hỗn hợp khí sản phẩm mang là: Q CH3OH = 0,7.6250 79,85.300 = 32750,976 (kJ/h) 32.100 Q Ch 2O = 50.6250 54,51.300 = 1703437,5 (kJ/h) 30.100 Q H2O = 49,3.6250 36,19.300 = 1858507,291 (kJ/h) 18.100 Q CO2 = 8,64.43,78.300 = 113477,76 (kJ/h) Q CH = 1,33.51,39.300 = 20504,61 (kJ/h) Q O2 = 43,22.31,72.300 = 411281,52 (kJ/h) Q H2 = 44,05.28,95.300 = 382574,25 (kJ/h) Q N2 = 165,51.63,13.300 = 3134593,89 (kJ/h) Q5 = Q CO2 + Q CH + Q O4 + Q H2 + Q N = 4062432,03 (kJ/h) Lợng nhiệt chất tải nhiệt mang Q6: Q6 = Q4 - Q5 = 33506599,94 - 4062432,03 = 29444167,91 (kJ/h) Cân nhiệt lợng đợc tính bảng sau: Bảng 6: Cân nhiệt lợng thiết bị phản ứng thiết bị Trang 54 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất formalin Tên thiết bị Thiết bị phản ứng Thiết bị Lợng nhiệt vào Q1 = 33476226 Q2 = 1793879,2047 Tổng = 35270105,2047 Q4 = 33506599,94 Lợng nhiệt Q3 = 1763505,26 Q4 = 33506599,94 Tổng = 35270105,2 Q5 = 4062432,03 Q6 = 29444167,91 Tổng = 33506599,94 Tính nhiệt lợng thiết bị đun nóng không khí Tác dụng: Dùng để đun nóng không khí trớc đa vào thiết bị bay Metanol Đun nóng không khí có nhiệt độ ban đầu 250C đến nhiệt độ cuối 2750C Gọi: Q1 nhiệt độ không khí mang vào Q2 nhiệt lợng cần phải cung cấp Q3 nhiệt lợng không khí mang Qm nhiệt mát môi trờng Ta có phơng trình cân nhiệt lợng cho thiết bị đun nóng không khí Q1 + Q2 = Q3 + Qm Tính Q1: nhiệt lợng không khí mang vào ( ) Q1 = G N C NP + G O2 C OP2 t1 (2) t1: nhiệt độ ban đầu không khí t1 = 250C G N , G O2 : khối lợng N2 O2 (kg/h) C NP , C OP2 : nhiệt dung N2 O2 (kcal/kg.0C) Ta có thông số N2 O2 điều kiện 250C (298K) nh sau: Bảng 7: STT Tên chất C 0P 298 kcal/kg.độ Hệ số pt CP = (+).10-3 (J/kg.0C) a.10-4 23,80 23,50 b.10-4 3,58 2,535 c.10-4 2,817 N2 0,248 O2 0,217 Thay số vào pt (2) ta có: Q1 = (4634,213.0,248 + 1408,140.0,217).25 = 36371,2801 (kcal/h) Tính Q3 nhiệt lợng không khí mang Trang 55 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất formalin ( ) Q3 = G N C NP + G O2 C OP2 t2 (3) t2: nhiệt độ cuối không khí t2 = 2750C nhiệt độ t2 = 2750C nhiẹt dung đơn chất đợc xác định theo công thức: CP = a + b.T + c.T2 Trong đó: T = 275 + 273 = 5480K a,b,c hệ số xác định theo bảng số Nhiệt dung N2: = (23,80.10-1 + 3,58.548.10-4).103 = 2576,184 (J/kg.độ) C NP275 = C NP275 2576,184 = 0,615 (kcal/kg.độ) 4,186.10 - Nhiệt dung riêng O2: Vì hệ số c nhỏ nên ta bỏ qua Do đó: = (23,50.10-1 + 2,535.10-4.578).103 = 2488,918 (J/kg.độ) C OP275 2488,918 = 0,595 (kcal/kg.độ) 4,186.10 Thay số vào phơng trình (3) ta có Q3: Q3 = (4634,213.0,615 + 1408,140.0,595).275 = 1014168,181 (kcal/h) - Tính Qm nhiệt mát môi trờng Qm = 5%.Q3 = 5%.1014168,181 = 50708,409 (kcal/h) - Vậy nhiệt cần phải cung cấp cho không khí theo pt (1) Q2 = (Q3 + Qm) - Q1 = (1014168,181 + 50708,409) - 36371,2801 = 1028505,3099 (kcal/h) Bảng 8: Bảng cân nhiệt lợng cho thiết bị đun nóng không khí Nhiệt vào Nhiệt Tên Lợng (kcal/h) Tên Lợng (kcal/h) Q1 36371,2801 Q3 1014168,181 Q2 1028505,3099 Qm 50708,409 Tổng 1064876,59 Tổng 1064876,59 = Trang 56 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất formalin Tính nhiệt lợng thiết bị bay Metanol Tác dụng: bay metanol nhiệt độ 900Cữ1000C để tạo thành hỗn hợp metanol không khí Các thông số: Nhiệt độ đầu không khí t1 = 1000C Nhiệt độ đầu metanol t1 = 250C Nhiệt độ hỗn hợp khỏi thiết bị t2 = 1100C Ta tính cân nhiệt lợng cho thành phần hỗn hợp * Tính cho CH3OH - Gọi Q 1CH3OH : nhiệt CH3OH mang vào thiết bị 3OH : nhiệt cần phải cung cấp Q CH Q 3CH3OH : nhiệt CH3OH mang khỏi thiết bị 3OH : nhiệt hao phí Q CH m - Ta có cân nhiệt lợng 3OH = 3OH Q 1CH3OH + Q CH Q 3CH3OH + Q CH m * Tính Q 1CH3OH = G.CP.t1 G: khối lợng metanol CP: nhiệt dung riêng metanol nhiệt độ t1 2480 = 0,592 (kcal/kg.độ) 4,186.10 Lợng nhiệt metanol mang vào thiết bị là: CP = 2480 (J/kg.độ) = Q 1CH3OH = 3771,56.0,592.25 = 55819,088 (kcal/h) * Tính Q 3CH3OH = G.CP.t2 + G.r t2: nhiệt độ metanol t2 = 1100C CP: nhiệt dung riêng metanol nhiệt độ t2 r: ẩn nhiệt hoá metanol/ Theo (VIII-172) nhiệt độ t2 ta có: CP = 3015 (J/kg.độ) = 3015 = 0,72 (kcal/kg.độ) 4,186.10 Trang 57 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất formalin Theo (VIII-254) ta có r = 239 (kcal/kg) Thay số vào biểu thức ta đợc Q 3CH3OH = 3771,56.0,72.110 + 3771,56.239 = 1200110,392 (kcal/h) 3OH = 5% * Tính Q CH Q 3CH3OH = 0,05.1200110,392 = 6005,5196 m 3OH : * Tính Q CH Từ pt cân nhiệt lợng ta có 3OH 3OH ) = ( Q 3CH3OH + Q CH Q CH Q 1CH3OH m = (1200110,392 + 6005,5196) - 55819,088 = 1204296,8236 (kcal/h) * Tính cho H2O - Gọi Q 1H 2O : nhiệt H2O mang vào thiết bị Q 2H 2O : nhiệt cần phải cung cấp Q 3H 2O : nhiệt H2O mang khỏi thiết bị Q Hm2O : nhiệt hao phí - Ta có cân nhiệt lợng Q 1H 2O + Q 2H 2O = Q 3H 2O + Q Hm2O * Tính Q 1H 2O = G.CP.t1 G = 75,436 (kg/h) t1 = 250C CP = 1,001 (kcal/kh.độ) [VIII-159] Q 1H 2O = 75,436.1,001.25 = 1887,7859 (kcal/h) * Tính Q 3H 2O Ta có Q 3H 2O = G.CP.t2 + G.r t2 = 1100C CP 1,015 (kcal/kg.độ) [VIII-172] r = 540 (kcal/kg) Q 3H 2O = 75,436.1,015.110 + 75,436.540 = 49157,8694 (kcal/h) * Tính Q Hm2O = 5% Q 3H 2O = 0,05.49157,8694 = 2457,89347 (kcal/h) Trang 58 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất formalin * Tính Q 2H 2O : Từ pt cân nhiệt lợng ta có Q 2H 2O = ( Q 3H 2O + Q Hm2O ) - Q 1H 2O = (49157,8694 + 2457,89347) - 1887,7859 = 49727,97697 (kcal/h) * Tính cho không khí Nhiệt lợng cần đun nóng không khí từ 1000C lên 1100C là: Q 2KK = Q 3KK + Q KK m ( ) Với Q 3KK = G N C NJ + G O2 C OJ2 ( t t ) = (4634,213.0,248 + 1408,140.0,217)(110 - 100) = 14548,51204 (kcal/h) = 5% Q 3KK Q KK m = 0,05.14548,51204 = 727,425602 (kcal/h) Q 2KK = Q 3KK + Q KK m = 14548,51204 + 727,425602 = 15275,937642 (kcal/h) Do lợng nhiệt cần thiết để đun nóng hốn hợp metanol - không khí lên 100 C là: 3OH Q C2 = Q 2KK + Q 2H 2O + Q CH = 15275,937642 + 49727,97697 + 1204296,8236 = 1269300,73821 (kcal/h) Bảng 9: Bảng cân nhiệt lợng cho thiết bị bay metanol Nhiệt vào Nhiệt Tên Lợng (kcal/h) Tên Lợng (kcal/h) H2O H2O 1887,7859 Q1 Q3 55819,088 Q H 2O 1200110,392 Q CH3OH Q C2 1269300,73821 Q KK Q Hm2O 3OH Q CH m 14548,51204 2457,89347 60005,5196 Trang 59 Đồ án tốt nghiệp Tổng Thiết kế phân xởng sản xuất formalin Q KK m 1327007,61211 Tổng 727,425602 1327007,61211 Kết luận Qua năm tháng với nỗ lực học hỏi thân với giúp đỡ tận tình thầy cô giáo bạn lớp , em hoàn thành đồ án tốt nghiệp nội dung sau: Phần tổng quan lựa chọn phơng pháp dây chuyền sản xuất formalin cho suất 45000 tấn/ năm, phù hợp với điều kiện thực tế nớc ta Vẽ dây chuyền sản xuất thiết bị phản ứng Phần tính toán tính đợc cân vật chất, cân nhiệt lợng Mặc dù rât cố gắng nhng trình độ thời gian có hạn nên đồ án có thiếu xót, em mong nhận đợc đóng góp, bổ sung quí thầy cô bạn Một lần em xin chân thành cảm ơn GS TS Đào Văn Tờng thầy cô bạn bè giúp đỡ em hoàn thành đồ án này./ Trang 60 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất formalin Tài liệu tham khảo Đỗ Văn Chín Tổng hợp chất xúc tác oxit Fe- Mo để oxy hoá Metanol thành formaldehyde nghiên cứu biến đổi hoạt tính xúc tác hệ Luận án PTS Hà nội 1986 Nguyễn quang Huỳnh, Lê Thanh Cẩn, Đỗ Văn Chín Hội nghị Hoá học toàn quốc lần thứ Nghiên cứu xúc tác oxy hoá Metanol thành formaldehyde ,Viện khoa học VN,Hà nội, 1981 Vũ Thế Chí Nghiên cứu công nghệ sản xuất ứng dụng formalin Việt nam Luận án PTS Viện hoá học công nghiệp Hà nội 1995 Trần Công Khanh Thiết bị phản ứng sản xuất hữu Trờng ĐHBK Hà nội - 1986 Giáo trình Kỹ thuật tổng hợp hữu Bộ môn tổng hợp hữu Trờng ĐHBK Hà nội 1976 Tạp chí hoá học Viện KHKT 1980 Cơ sở Hoá học Hữu Tập 2.Nhà xuất ĐH & TH chuyên nghiệp 1980 Bộ môn hoá công Cơ sở trình thiết bị công nghệ hoá học Tập 1,2 Trờng ĐHBK Hà nội 1974 Sổ tay trình thiết bị công nghệ hoá học Tập Nhà xuất KHKT 1978 10 Sổ tay trình thiết bị công nghệ hoá học Tập Nhà xuất KHKT 1978.Bộ môn Hoá lý Sổ tay tóm tắt đại lợng hoá lý Khoa đại học chức.Trờng ĐHBK Hà nội 1972 Trang 61 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất formalin Trang 62 [...]... xúc tác trong ống Trang 26 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất formalin Chơng IV : So sánh về mặt kinh tế của các quá trình sản xuất formalin và lựa chọn sơ đồ công nghệ Trang 27 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất formalin I / So sánh các quá trình : Các chi phí để đầu t xây dựng một nhà máy sản xuất Formandehyde 45000 tấn/năm đã đợc nghiên cứu và so sánh từ các quá trình cơ bản khác... trên Trang 16 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất formalin Chơng III : Các phơng pháp sản xuất Forma lin Hiện nay trên thế giới Formalin đợc sản xuất từ CH3OH sản xuất Formalin bằng phơng pháp oxy hoá trực tiếp khí tự nhiên cũng đợc một số nớc thử nghiệm nhng vì hiệu suất chuyển hoá các sản phẩm oxy hoá thấp nên phơng pháp này ít đợc sử dụng Gần đây, sản xuất Formalin thờng sử dụng xúc tác... nghệ sản xuất formalin sử dụng xúc tác bạc ( Quá trình BASF) I/ Sơ đồ dây chuyền công nghệ Trang 32 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất formalin Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất formalin trên xúc tác Ag năng suất 45000 tấn /năm Các thiết bị công nghệ: 1.Thùng chứa Metanol 2.Thùng cao vị 3 .Thiết bị bốc hơi 4 .Thiết bị trao đổi nhiệt 5 .Thiết bị phản ứng chính 6.Thùng chứa sản phẩm 7 .Thiết. .. quá trình sản xuất ,$/t Tổng vốn đầu t106$ Thiết kế phân xởng sản xuất formalin 2,2 1,7 1,3 174,5 3,3 1,85 1,5 211,6 3,7 183,9 4,0 II/ lựa chọn sơ đồ công nghệ Qua phân tích so sánh giữa các quá trình sản xuất Formalin ở trên thấy rằng thiết bị phản ứng dùng xúc tác bạc có năng xuất lớn, do chế độ tự nhiệt nên thời gian mở máy nhanh nhng cũng nhạy với sự thay đổi của các thông số đầu vào, thiết bị phản... ống dẫn khí phải làm bằng kim loại nhằm bảo vệ xúc tác bạc chống lại sự ngộ độc xúc tác Nếu nhiệt độ phù hợp thì năng xuất thiết bị tăng khi đờng kính thiết bị tăng Trang 20 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất formalin Trang 21 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất formalin 2 Công nghệ chuyển hoá không hoàn toàn và chng thu hồi Metanol Quá trình này tiến hành ở (590 ữ 650)0C Do nhiệt... của thiết bị bốc hơi Một sản phẩm đợc chứa tới 55% lợng formandehyde và < 1% lợng Metanol đợc lấy từ đáy cột chng cất và làm lạnh Sau đó dung dịch formandehyde đợc dẫn vào trong cột thiết bị giảm lợng axit formic nhằm đạt đợc một giá trị