Đang tải... (xem toàn văn)
Với tính năng vượt trội của Polystyren (PS), nó ngày càng được ứng dụng rộng dãi với nhu cầu sản lượng lớn. Do đó, nhu cầu sản lượng Styren cũng tăng theomột monomer thơm không no rất quan trọng trong để sản xuất PS. Mà hầu hết Etylbenzen (EB) được sử dụng như một chất trung gian cho quá trình sản xuất Styren monomer. Hầu hết Styrene dùng trong lĩnh vực polymer, sản xuất polystyrene, acrylonitrilebutadienestyrene (ABS), nhựa styreneacrylonitrile (SAN), styrenebutadiene, nhựa polyester không no. Styrene ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực như công nghiệp điện, xây dựng, đóng gói và sản phẩm tiêu dùng. Vì vậy EB cũng đóng một vai trò quan trọng trong nền công nghiệp hóa chất. Vì vậy với đề tài “Thiết kế phân xưởng Alkyl hóa Benzen sản xuất Etylbenzen” giúp em tìm hiểu, hiểu rõ hơn về quá trình sản xuất EB bằng phương pháp alkyl hóa, tìm hiểu và so sánh các công nghệ sản xuất EB hiện nay. Nội dung đồ án của em gồm các phần sau: 1. Lời mở đầu 2. Tổng quan 3. Thiết kế dây chuyền sản xuất 4. Tính toán công nghệ 5. Kết luận 6. Tài liệu tham khảo
Đồ án tốt nghiệp Cử nhân Công nghệ GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA HÀ NỘI Độc lập-Tự do-Hạnh phúc NHIỆM VỤ THIẾT KẾ Họ tên: Đỗ Văn Hưng Lớp: CN KTHH 02-K58 MSSV: 20135734 Đầu đề thiết kế THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG ALKYL HÓA BENZEN SẢN XUẤT ETYLBENZEN NĂNG SUẤT 38000 TẤN/NĂM Các số liệu ban đầu Hiệu suất q trình: Alkyl hóa : 92% Thiết bị tách khí : 98% Tháp tách Benzen : 91% Tháp tách Etylbenzen : 93% Tháp tách Polyetylbenzen : 92% Tranalkyl hóa : 95% Nội dung phần thuyết minh tính tốn: - Tổng quan tài liệu Tính tốn: • Cân vật chất • Cân nhiệt lượng • Thiết bị Các vẽ: khổ A3 - Dây chuyền sản xuất Thiết bị GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Ngày giao nhiệm vụ: 6.2.2017 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 15.8.2017 Sinh viên thực hiện: Đỗ Văn Hưng Trang Đồ án tốt nghiệp Cử nhân Công nghệ GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên MỤC LỤC MỞ ĐẦU………………………………………………………………………… CHƯƠNG TỔNG QUAN…………………………………………………… 1.1 Giới thiệu sản phẩm………………………………………………………… 1.2 Tính chất vật lý, hóa học Etylbenzen………………………………… 1.2.1 Tính chất vật lý…………………………………………………………… 1.2.2 Tính chất hóa học…………………………………………………… 1.3 Ứng dụng, quy mô sản xuất tiêu thụ Etylbenzen…………………… 10 1.4 Các phương pháp sản xuất…………………………………………… 12 1.4.1 Sản xuất Etylbenzen từ trình chưng tách hỗn hợp C8……………… 12 1.4.2 Sản xuất Etylbenzen từ Benzen Etylen theo phương pháp Alkyl hóa………………………………………………………………………………… 12 1.5 Các cơng nghệ sản xuất Etylbenzen theo phương pháp Alkyl hóa…… 12 1.5.1 Q trình Alkyl hóa với xúc tác axit Lewis, khơng sử dụng zeolite……… 13 1.5.2 Q trình Alkyl hóa xúc tác zeolite pha hơi…………………… 18 1.5.3 Q trình Alkyl hóa xúc tác zeolite pha lỏng…………………… 20 1.5.4 Công nghệ sử dụng zeolite pha hỗn hợp…………………………………… 23 1.6 Nguyên liệu cho trình………………………………………………… 24 Sinh viên thực hiện: Đỗ Văn Hưng Trang Đồ án tốt nghiệp Cử nhân Công nghệ GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên 1.6.1 Benzen…………………………………………………………………… 24 1.6.2 Etylen……………………………………………………………………… 28 1.7 Hóa học Cơng nghệ sản xuất Alkyl hóa pha Mobil-Badger…… 32 1.7.1 Phản ứng…………………………………………………………………… 32 1.7.2 Xúc tác…………………………………………………………………… 33 1.7.3 Điều kiện phản ứng………………………………………………………… 34 1.8 So sánh công nghệ………………………………………………………… 35 CHƯƠNG THIẾT KẾ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT……………………… 40 CHƯƠNG TÍNH TỐN…………………………………………………… 42 3.1 Tính cân vật chất………………………………………………… 42 3.1.1 Tháp Alkyl hóa…………………………………………………………… 43 3.1.2 Tháp Tranalkyl hóa………………………………………………………… 45 3.1.3 Tháp tách Etan…………………………………………………………… 47 3.1.4 Tháp tách Benzen………………………………………………………… 48 3.1.5 Tháp tách Etylbenzen……………………………………………………… 51 3.1.6 Tháp tách DEB…………………………………………………………… 52 3.1.7 Hiệu chỉnh thông số…………………………………………………… 53 3.2 Cân lượng……………………………………………………… Sinh viên thực hiện: Đỗ Văn Hưng 55 Trang Đồ án tốt nghiệp Cử nhân Công nghệ GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên 3.2.1 Tính cân lượng cho lò đốt……………………………………… 55 3.2.2 Thiết bị Alkyl hóa………………………………………………………… 64 3.2.3 Tháp tác Etan……………………………………………………………… 74 3.2.4 Tháp Tranalkyl hóa………………………………………………………… 77 3.2.5 Tháp tách Benzen………………………………………………………… 80 3.2.6 Tháp tách Etylbenzen……………………………………………………… 86 3.2.7 Tháp tách DEB…………………………………………………………… 88 3.2.8 Cân lượng cho toàn hệ thống………………………………… 90 3.3 Tính tốn thiết bị chính…………………………………………………… 91 3.3.1 Tính tốn kích thước thiết bị……………………………………………… 91 3.3.2 Tra bích cho thiết bị……………………………………………………… 98 3.3.3 Tính chọn tai treo thiết bị………………………………………………… 99 3.3.4 Thiết bị chính……………………………………………………………… 102 KẾT LUẬN……………………………………………………………………… 103 TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………… 104 Sinh viên thực hiện: Đỗ Văn Hưng Trang Đồ án tốt nghiệp Cử nhân Công nghệ GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên MỞ ĐẦU Với tính vượt trội Polystyren (PS), ngày ứng dụng rộng dãi với nhu cầu sản lượng lớn Do đó, nhu cầu sản lượng Styren tăng theo-một monomer thơm không no quan trọng để sản xuất PS Mà hầu hết Etylbenzen (EB) sử dụng chất trung gian cho trình sản xuất Styren monomer Hầu hết Styrene dùng lĩnh vực polymer, sản xuất polystyrene, acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS), nhựa styrene-acrylonitrile (SAN), styrene-butadiene, nhựa polyester không no Styrene ứng dụng nhiều lĩnh vực cơng nghiệp điện, xây dựng, đóng gói sản phẩm tiêu dùng Vì EB đóng vai trò quan trọng cơng nghiệp hóa chất Vì với đề tài “Thiết kế phân xưởng Alkyl hóa Benzen sản xuất Etylbenzen” giúp em tìm hiểu, hiểu rõ trình sản xuất EB phương pháp alkyl hóa, tìm hiểu so sánh công nghệ sản xuất EB Nội dung đồ án em gồm phần sau: Lời mở đầu Tổng quan Thiết kế dây chuyền sản xuất Tính tốn cơng nghệ Kết luận Tài liệu tham khảo Sinh viên thực hiện: Đỗ Văn Hưng Trang Đồ án tốt nghiệp Cử nhân Công nghệ GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu sản phẩm Etylbenzen có cấu trúc hình đây: Hình Cấu trúc Etylbenzen [1] Ethylbenzene, phenylethane (Mr=106,168), C6H5CH2CH3 hợp chất Alkyl thơm đơn vòng Hầu hết (>99%) sử dụng chất trung gian cho trình sản xuất Styrene monomer C6H5CH=CH2, hóa chất thương phẩm khối lượng lớn quan trọng Sản xuất Styrene, sử dụng ethylbenzene nguyên liệu bắt đầu, tiêu thụ 50% sản lượng benzene giới Ít 1% sản lượng ethylbenzene sử dụng dung môi sơn chất trung gian để sản xuất diethylbenzene acetophenone Về mặt thương mại, hầu hết tất Ethylbenzene sản xuất trình alkyl hóa benzene với ethylene Các cơng nghệ sử dụng xúc tác zeolit tổng hợp đặt thiết bị phản ứng dạng tầng cố định xúc tác trình alkyl hóa pha lỏng Một cơng nghệ khác sử dụng zeolite tổng hợp mao quản trung bình, đặt thiết bị phản ứng dạng tầng cố định, để thực q trình alkyl hóa pha Một lượng đáng kể ethylbenzene sản xuất q trình alkyl hóa xúc tác đồng thể AlCl3 pha lỏng, xu hướng gần công nghiệp cải tiến công nghệ sử dụng xúc tác zeolite Q trình Alkyl hóa hydrocacbon thơm với olefin có mặt xúc tác AlCl3 Sinh viên thực hiện: Đỗ Văn Hưng Trang Đồ án tốt nghiệp Cử nhân Công nghệ GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên đời vào năm 1879 Balsohn Tuy nhiên, Friedel Crafts người tiên phong, có nhiều nghiên cứu q trình alkyl hóa xúc tác AlCl3 Vài nhà máy xây dựng suốt năm 60 để thu hồi ethylbenzene việc chưng hỗn hợp xylene, sản phẩm trình reforming xúc tác nhà máy lọc hóa dầu Tuy nhiên cơng nghệ không phát triển vốn đầu tư giá lượng cao, quy mô kinh tế nhỏ so với q trình alkyl hóa thơng thường Ethylbenzene sản xuất lần quy mô công nghiệp vào năm 1930 hãng Dow Chemical Mỹ BASF Đức Công nghiệp sản xuất ethylbenzene / styrene chưa coi trọng chiến tranh giới II Nhu cầu lớn cao su tổng hợp styrene-butadiene ( SBR ) suốt chiến tranh nhanh chóng thúc đẩy việc cải tiến cơng nghệ tăng sản lượng Những nỗ lực đáng kể suốt thời gian chiến tranh dẫn tới việc xây dựng nhiều nhà máy quy mơ lớn q trình sản xuất styrene nhanh chóng trở thành ngành cơng nghiệp quan trọng Vào năm 1999, suất ethylbenzene năm giới đạt gần 25 triệu Năm 1990, hầu hết sản lượng nước phương Tây tăng nhanh so với Nhật, nơi mà ngành cơng nghiệp hóa dầu trải qua bước phát triển mở rộng đáng kể 1.2 Tính chất vật lý, hóa học Ethylbenzene 1.2.1 Tính chất vật lý Ở điều kiện thường, Ethylbenzene chất lỏng suốt, không màu với mùi thơm đặc trưng Ethylbenzene có kích thích lên da mắt, độc tính vừa phải, qua đường ăn uống, hít thở hấp phụ qua da Dưới vài tính chất vật lý ethylbenzene: Sinh viên thực hiện: Đỗ Văn Hưng Trang Đồ án tốt nghiệp Cử nhân Công nghệ GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Bảng 1: Tính chất vật lý Etylbenzen[1] Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị 15oC : 0,87139 Khối lượng riêng g/cm3 20oC : 0,867 25oC : 0,86262 Nhiệt độ nóng chảy o -94.949 Nhiệt độ sơi 101,3 kPa o 136,2 C C 20oC : 1,49588 Chỉ số khúc xạ 25oC : 1,4932 Áp suất tới hạn kPa 3609 Nhiệt độ tới hạn o 344,02 Điểm chớp cháy o 15 Nhiệt độ tự bốc cháy o C 460 Giới hạn cháy % : C C : 6,7 Sinh viên thực hiện: Đỗ Văn Hưng Trang Đồ án tốt nghiệp Cử nhân Công nghệ Ẩn nhiệt J/g GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên nóng chảy : 86,3 hóa : 335 Giá trị nhiệt lượng J/g tổng : 42999 thực : 40928 Độ nhớt động học m2/s 37.8oC : 0,6428.10-6 98.9oC : 0,39.10-6 Sức căng bề mặt mN/m Nhiệt lượng riêng Jkg-1K-1 28.48 khí lý tưởng, 25oC : 1169 lỏng, 25oC : 1752 Giới hạn nén 0,263 1.2.2 Tính chất hóa học Phản ứng thương mại quan trọng ethylbenzene dehydro hóa tạo thành styrene Phản ứng tiến hành nhiệt độ cao (600-660oC), thường xúc tác kali mang oxit sắt Hơi nước dùng để pha loãng Về phương diện thương mại, độ chọn lọc styrene khoảng 90-97 % mol với độ chuyển hóa từ 60-70 % Phản ứng phụ gồm dealkyl hóa ethylbenzene tạo thành benzene toluene Sinh viên thực hiện: Đỗ Văn Hưng Trang Đồ án tốt nghiệp Cử nhân Công nghệ GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Một phản ứng ngày quan trọng mặt thương mại trình oxi hóa ethylbenzene khơng khí tạo thành hydroperoxide C6H5CH(OOH)CH3 Phản ứng tiến hành pha lỏng không cần xúc tác Tuy nhiên hydroperoxide không ổn định, dễ phân hủy nhiệt độ cao, phải tối thiểu hóa để giảm tỷ lệ phân hủy Sự hình thành sản phẩm phụ giảm trì nhiệt độ thấp suốt thời gian phản ứng Hydroperoxide sau xử lý với propylene tạo thành styrene propylene oxide Năm 1999, khoảng 15 % ethylbenzene sản xuất giới sử dụng để sản xuất Styrene monomer propylene oxide Giống toluene, ethylbenzene dealkyl hóa tác dụng xúc tác nhiệt tạo thành benzene Ngồi ethylbenzene nhiều phản ứng khác điển hình cho hợp chất alkyl thơm ❖ Phản ứng Elthybenzene với halogen C6H5-C2H5 + Br2 → C6H5-C2H4Br + HBr ❖ Phản ứng cộng H2 Sinh viên thực hiện: Đỗ Văn Hưng Trang 10 Đồ án tốt nghiệp Cử nhân Công nghệ GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên 𝐻𝑥𝑡 = 𝑉𝑥𝑡 ,𝑚 𝐹 Trong đó: Hxt: chiều cao lớp xúc tác Vxt: thể tích xúc tác thiết bị F: tiết diện ngang thiết bị Vì hỗn hợp phản ứng vào thiết bị hình trụ nên tiết diện ngang thiết bị tính theo cơng thức: 𝜋 𝐹 = × 𝐷𝑡2 , 𝑚2 Trong đó: Dt: đường kính thiết bị phản ứng Ta có: H/Dt ≤ 30 Chọn Dt = 2,0 m 𝜋 𝐹 = × 2,02 = 3,14 𝑚2 Tốc độ thể tích : 𝐿ư𝑢 𝑙ượ𝑛𝑔 𝑉 𝑛𝑔𝑢𝑦ê𝑛 𝑙𝑖ệ𝑢 −1 𝑊𝐻𝑆𝑉 = ,ℎ 𝑉𝑥𝑡 Bảng 40 Lưu lượng thể tích nguyên liệu Thành phần Lưu lượng kg/h Khối lượng riêng kg/m3 Lưu lượng thể tích m3/h 1323,00 11,45 115,55 18427,50 34,70 531,05 Etylen Benzen 19750,50 646,60 Tổng Chọn WHSV = 10 h-1 Thể tích xúc tác : 𝑉𝑥𝑡 = 646,60 = 64,66 𝑚3 10 Chiều cao xúc tác : 𝐻𝑥𝑡 = Sinh viên thực hiện: Đỗ Văn Hưng 64,66 = 20,59 𝑚 3,14 Trang 92 Đồ án tốt nghiệp Cử nhân Công nghệ GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Quy chuẩn Hxt = 21 m ❖ Khi thực chia lớp xúc tác cho thiết bị Alkyl hóa ta phải tính lại chiều cao tháp : 𝐻 = 𝐻𝑛 + 𝐻đ + ℎ + 𝑎, 𝑚 Trong : H : tổng chiều cao thiết bị Alkyl hóa Hn : chiều cao nắp thiết bị Hđ : chiều cao đáy thiết bị h : chiều cao không gian chứa lớp xúc tác thiết bị a: chiều cao không gian từ đáy tháp tới dầm đỡ xúc tác Chọn a=275 mm Ta có Hn=ht+h1 Trong : ht : chiều cao phần nồi nắp elip, ta có ht=500 mm=0,5 m.[14-382] h1 : chiều dài ống nạp liệu h1=120 mm=0,12 m Suy Hn=0,5+0,12=0,62 m Ta có Hđ=ht+h2 Trong : h2 : chiều dài ống tháo sản phẩm h2=130 mm=0,13 m Suy Hđ=0,5+0,13=0,63 m Lớp xúc tác chia làm tầng Như cần có khoảng trống lớp xúc tác để đặt giá đỡ xúc tác hệ thống phân phối nguyên liệu lớp xúc tác Khoảng trống tính từ đỉnh tháp xuống từ lên ta dùng hệ thống phân phối loại II [5], khoảng trống 1200mm khoảng trống lại ta dùng hệ thống phân phối loại I, khoảng 1000mm Vậy ℎ = × 1,0 + 1,2 + 21 = 27,2 𝑚 Chiều cao tổng thiết bị : 𝐻 = 0,62 + 0,63 + 27,2 + 0,275 = 28,725 𝑚 Kiểm tra : 𝐻 28,725 = = 14,363 𝐷𝑡 Thỏa mãn điều kiện Ta chọn chiều cao thiết bị 29 m 3.3.1.2 Chiều dày thân thiết bị Chọn vật liệu làm thiết bị thép OX18H10T Sinh viên thực hiện: Đỗ Văn Hưng Trang 93 Đồ án tốt nghiệp Cử nhân Công nghệ GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Chiều dày thành thân thiết bị làm việc áp suât : 𝑆= 𝐷𝑡 × 𝑃𝑡 + 𝐶, 𝑚 × [𝜎] × 𝜑 + 𝑃𝑡 Trong : Dt : đường kính thiết bị, m φ: hệ số bền thành hình trụ theo phương dọc, với thiết bị hàn dọc, hàn giáp mối bên hồ quang điện φ=0,95 [14-362] Pt: áp suất thiết bị, N/m2 C: hệ số bổ sung ăn mòn, bào mòn dung sai chiều dày, m Áp suất thiết bị: 𝑃𝑡 = 𝑃𝑙𝑣 + 𝑃𝑡𝑡 Trong đó: Plv: Áp suất làm việc thiết bị N/m2, Plv=2,45.106 N/m2 Ptt: Áp suất thủy tĩnh Ptt=ρ.g.h=738,64.9,81.21=0,15.106 N/m2 Áp suất phản thiết bị: 𝑃𝑡 = 2,45 × 106 + 0,15 × 106 = 2,60 × 106 𝑁/𝑚2 Hệ số bổ sung ăn mòn, bào mòn dung sai chiều dày: 𝐶 = 𝐶1 + 𝐶2 + 𝐶3 , 𝑚𝑚 Với: C1: Bổ sung ăn mòn, thời gian làm việc từ 15-20 năm, C1=1mm C2: Bổ sung bào mòn, ngun liệu khơng chứa hạt rắn nên C2=0mm C3: Dung sai chiều dày, mm Do đó: C=1+C3 mm Ứng suất cho phép thép OX18H10T theo giới hạn bền kéo xác định: [𝜎𝑘 ] = Sinh viên thực hiện: Đỗ Văn Hưng 𝜎𝑘 × ɳ , 𝑁/𝑚2 𝑛𝑘 Trang 94 Đồ án tốt nghiệp Cử nhân Cơng nghệ GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Trong đó: ɳ : hệ số hiệu chỉnh thiết bị cách ly với nguồn nong trực tiếp nên thuộc nhóm loại Vậy ɳ =0,9 [14-356] nk: hệ số an toàn theo giới hạn bền kéo, tra bảng XIII.3-356 STQTTB2 ta nk=2,6 σk: Ứng suất giới hạn bền kéo Tra bảng XII.4-309 DTQTTB2 ta σk=520.106 N/m2 Do đó: [𝜎𝑘 ] = 520 × 106 × 0,9 = 180 × 106 𝑁/𝑚2 2,6 Ứng suất cho phép thép OX18H10T theo giới hạn bền chảy xác định: [𝜎𝑐 ] = 𝜎𝑐 × ɳ , 𝑁/𝑚2 𝑛𝑐 Trong đó: nc: hệ số an toàn theo giới hạn bền chảy, tra bảng XIII.3-356 STQTTB2 ta nc=1,5 σc: Ứng suất giới hạn bền chảy Tra bảng XII.4-309 DTQTTB2 ta σc=240.106 N/m2 Do đó: 240 × 106 [𝜎𝑐 ] = × 0,9 = 144 × 106 𝑁/𝑚2 1,5 Theo [14-357]: [𝜎] = 𝑚𝑖𝑛{[𝜎𝑘 ], [𝜎𝑐 ]} = [𝜎𝑐 ] = 144 × 106 𝑁/𝑚2 Ta có: [𝜎] × 𝜑 144 × 106 × 0,95 = = 52,62 > 50 𝑃𝑡 2,6 × 106 Vì ta bỏ qua Pt mẫu số Sinh viên thực hiện: Đỗ Văn Hưng Trang 95 Đồ án tốt nghiệp Cử nhân Công nghệ GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Khi đó: 𝑆= 𝐷𝑡 × 𝑃𝑡 2,0 × 2,6 × 106 +𝐶 = + 10−3 + 𝐶3 = 0,02 + 𝐶3 𝑚 [ ] 2× 𝜎 ×𝜑 × 144 × 10 × 0,95 Suy C3=1,0 mm Tra bảng XIII.9-364 STQTTB2 quy chuẩn S=32 mm ❖ Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử [𝐷𝑡 + (𝑆 − 𝐶 )] × 𝑃0 [𝜎𝑐 ] 𝜎= ≤ × (𝑆 − 𝐶 ) × 𝜑 1,2 Trong đó: P0: áp suất thử tính tốn xác định theo [14-366]: 𝑃0 = 𝑃𝑡ℎ + 𝑃1 , 𝑁/𝑚2 Pth: áp suất thủy lực nước Theo XIII.5 [14-358]: 𝑃𝑡ℎ = 1,25𝑃𝑡 = 1,25 × 2,6 × 106 = 3,25 × 106 𝑁/𝑚2 Có 𝑃𝑡 + 0,3 × 106 = 2,90 × 106 𝑁/𝑚2 𝑃𝑡ℎ > 𝑃𝑡 + 0,3 × 106 => 𝑃𝑡ℎ = 3,25 × 106 𝑁/𝑚2 P1: áp suất thủy tĩnh nước Theo XIII.10 [14-360]: 𝑃1 = 𝜌1 × 𝑔 × ℎ = 0,15 × 106 𝑁/𝑚2 Vậy P0=3,25.106+0,15.106=3,40.106 N/m2 Suy ra: [2,0 + (32 − 2,0) × 10−3 ] × 3,25 × 106 144 × 106 𝜎= = 116 × 10 < × (32 − 2,0) × 10−3 × 0,95 1,2 𝑁 = 120 × 106 (𝑡ℎỏ𝑎 𝑚ã𝑛) 𝑚 Vậy chiều dày thân thiết bị S=32 mm 3.3.1.3 Tính đường kính ống dẫn nguyên liệu sản phẩm Đường kính ống dẫn: 𝑑=√ 𝑉 ,𝑚 0,785 𝜔 Trong đó: Sinh viên thực hiện: Đỗ Văn Hưng Trang 96 Đồ án tốt nghiệp Cử nhân Công nghệ GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên ω : vận tốc trung bình hỗn hợp dòng V: lưu lượng thể tích hỗn hợp, m3/s ❖ Ống dẫn nguyên liệu vào thiết bị Nguyên liệu chia làm phần vào thiết bị phản ứng Theo tính tốn phần ta có V=107,77m3/h=0,03m3/s Tra bảng II.2 [13-369] chọn ω=15m/s Thay vào công thức: 𝑑=√ 0,03 = 0,051 𝑚 0,785 × 15 Theo [14-409] quy chuẩn d=70 mm ❖ Ống dẫn sản phẩm Theo tính tốn ta có V=646,60 m3/h=0,18 m3/s Tra bảng II.2 [13-369] chọn ω=2 m/s Thay vào công thức: 𝑑=√ 0,18 = 0,339 𝑚 0,785 × Theo [14-409] quy chuẩn d=350 mm 3.3.1.4 Chiều dày đáy nắp thiết bị Chọn đáy nắp elip, có gờ, làm vật liệu OX18H10T Theo XIII.10 [14-382]: Dt=2,0 m, Hn=Hđ=0,5m ❖ Chiều dày đáy nắp: Nắp thiết bị làm việc chịu áp suất Theo [14-385] ta có: 𝐷𝑡 × 𝑃𝑡 𝐷𝑡 𝑆= × +𝐶 ,𝑚 3,8 × [𝜎𝑘 ] × 𝑘 × 𝜑ℎ − 𝑃𝑡 2𝐻𝑛 Với điều kiện 𝑘 𝐷𝑡 < < 2,5 0,6 2𝐻𝑛 Trong đó: Dt: đường kính thiết bị, Dt=2,0 m Hn: chiều cao phần nồi nắp, Hn=0,5 m φh: hệ số bền mối hàn, φh=0,95 k: hệ số bền nắp Sinh viên thực hiện: Đỗ Văn Hưng Trang 97 Đồ án tốt nghiệp Cử nhân Công nghệ GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên 𝑘 =1− 𝑑 𝐷𝑡 với d đường kính lỗ nắp: d=0,07 m Suy ra: 0,07 𝑘 =1− = 0,965 2,0 Kiểm tra: 0,965 2,0 < < 2,5 𝑡ℎỏ𝑎 𝑚ã𝑛 0,6 × 0,5 Mặt khác: [𝜎𝑘 ] × 𝑘 × 𝜑ℎ 180 × 106 × 0,965 × 0,95 = = 66 > 50 𝑃𝑡 2,6 × 106 Vậy bỏ qua Pt mẫu số Thay số vào ta được: 2,0 × 2,6 × 106 2,0 𝑆= × + 𝐶 = 0,017 + 𝐶 3,8 × 180 × 10 × 0,965 × 0,95 × 0,5 Suy ra: 𝑆 − 𝐶 = 0,017 > 0,01 => 𝐶 = 1,8 𝑚𝑚 Theo bảng XIII.9 [14-364] quy chuẩn S=20 mm Chiều cao gờ h=25 mm, chiều cao phần nồi hb=500 mm ❖ Kiểm tra ứng suất theo áp suất thủy lực Theo [14-386] ta có: [𝐷𝑡 + × ℎ𝑏 × (𝑆 − 𝐶 )] × 𝑃0 [𝜎𝑐 ] 𝜎= ≤ , 𝑁/𝑚2 7,6 × 𝑘 × 𝜑ℎ × ℎ𝑏 × (𝑆 − 𝐶 ) 1,2 Thay số vào ta được: [2,0 + × 0,5 × (20 − 1,8) × 10−3 ] × 3,25 × 106 𝜎= = 103 × 106 7,6 × 0,965 × 0,95 × 0,5 × (20 − 1,8) × 10−3 144 × 106 < 𝑡ℎỏ𝑎 𝑚ã𝑛 1,2 Vậy chiều dày nắp đáy S=20 mm 3.3.2 Tra bích cho thiết bị ❖ Bích nối nắp đáy với thân thiết bị Chọn bích liền thép để nối nắp đáy với thân thiết bị Tra bảng XIII.27 [14-417]: với Dt=2000mm ta có: Sinh viên thực hiện: Đỗ Văn Hưng Trang 98 Đồ án tốt nghiệp Cử nhân Công nghệ GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Bảng 41 Kích thước bích để nối nắp đáy với thân thiết bị Pyx106 Kích thước nối Dt mm N/m2 2000 D mm Db mm D1 mm 2280 2180 2100 D0 mm Kiểu bích Bulong db Z mm M48 44 h mm 54 4,0 ❖ Bích nối ống dẫn với thiết bị Chọn bích thép để nối phần thiết bị ống dẫn Tra bảng XIII.28 [14-409] ta có : Bảng 42 Kích thước bích để nối ống dẫn nguyên liệu vào sản phẩm Ống dẫn Pyx106 Kích thước nối Dt mm N/m2 Dn mm D mm Dδ mm D1 mm Kiểu bích 4,0 70 76 200 160 132 Bulong db Z mm M20 4,0 350 377 570 510 465 M30 h mm 42 24 Nguyên liệu vào 16 Sản phẩm 3.3.3 Tính chọn tai treo thiết bị Khối lượng thủy lực: 𝐺𝑡𝑙 = 𝐺𝑡𝑏 + 𝐺𝑛𝑙 , 𝑁 Với: Sinh viên thực hiện: Đỗ Văn Hưng Trang 99 Đồ án tốt nghiệp Cử nhân Công nghệ GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Gtb: khối lượng thiết bị Gnl: khối lượng nguyên liệu *Gnồi bao gồm: ❖ Khối lượng thiết bị Chiều cao thiết bị H=29 m Đường kính thiết bị Dt=2 m Diện tích thân thiết bị: 𝐹 = 3,14 × 𝐷𝑡 × 𝐻 = 3,14 × 2,0 × 29 = 182,12 𝑚2 Chiều dày thiết bị S=32 mm Khối lượng riêng thép OX18H10T ρ=7900 kg/m3 Vậy khối lượng than thiết bị: 𝑚1 = 𝜌 × 𝐹 × 𝑆 = 7900 × 182,12 × 0,032 = 46039,94 𝑘𝑔 ❖ Khối lượng nắp đáy Chiều cao nắp chiều cao đáy: hn=hđ=0,5m Bề dày nắp đáy: S=0,02m Bề mặt nắp đáy Tra bảng XIII.10 [14-381] ta được: F=4,48m2 Vậy khối lượng nắp đáy : 𝑚2 = 7900 × 4,48 × 0,02 = 707,84 𝑘𝑔 ❖ Khối lượng xúc tác Thể tích xúc tác : 64,66 m3 Tỷ trọng xúc tác : 550kg/m3 Khối lượng xúc tác : 𝑚3 = 550 × 64,66 = 35563 𝑘𝑔 ❖ Chọn khối lượng chi tiết khác : 𝑚4 = 300 𝑘𝑔 Vậy : 𝐺𝑡𝑏 = 𝑔 × ∑ 𝑚 Với ∑ 𝑚 = 𝑚1 + × 𝑚2 + 𝑚3 + 𝑚4 = 46039,94 + × 707,84 + 35563 + 300 Sinh viên thực hiện: Đỗ Văn Hưng Trang 100 Đồ án tốt nghiệp Cử nhân Công nghệ GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên = 83318,62 𝑘𝑔 Suy : 𝐺𝑡𝑏 = 9,81 × 83318,62 = 817355,66 𝑁 *Gnl : Thể tích thiết bị: 𝑉𝑡𝑏 = 𝑉𝑡ℎâ𝑛 + × 𝑉𝑛ắ𝑝,đá𝑦 = 𝐻𝑡ℎâ𝑛 × 𝐹 + × 𝑉𝑛ắ𝑝,đá𝑦 Với: Vnắp,đáy : Thể tích nắp, đáy (tra bảng XIII.10 [14-382]) 𝑉𝑡𝑏 = 27,475 × 3,14 + × 1,095 = 88,46 𝑚3 Thể tích xúc tác thiết bị 73% thể tích thiết bị Khối lượng riêng nguyên liệu vào thiết bị phản ứng: 𝜌 = 0,1660 × 11,45 + 0,0032 × 12,31 + 0,8302 × 34,70 + 0,0004 × 42,54 + 0,0001 × 51,21 + 0,0001 × 51,32 = 30,78 𝑘𝑔/𝑚3 Khối lượng nguyên liệu: 𝑚𝑛𝑙 = 0,27 × 88,46 × 30,78 = 735,04 𝑘𝑔 Vậy: 𝐺𝑛𝑙 = 9,81 × 735 = 7210,74 𝑁 Khối lượng thiết bị thử thủy lực: 𝐺𝑡𝑙 = 𝐺𝑡𝑏 + 𝐺𝑛𝑙 = 817355,66 + 7210,74 = 824566,40 𝑁 Chọn tai treo chân đỡ cho thiết bị Khi tải trọng tai treo là: 824566,40 = 68713,87 𝑁 12 Theo bảng XIII.36 [14-438] ta có: • Tải trọng cho phép tai treo G.10-4 N: 8,0 Sinh viên thực hiện: Đỗ Văn Hưng Trang 101 Đồ án tốt nghiệp Cử nhân Cơng nghệ GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên • Bề mặt đỡ F.104 m2: 639 Bảng 43 Thông số tai treo L B B1 H S l a d 14 120 25 34 mm 270 240 240 420 Theo bảng XIII.35 [14-437] ta có: • Tải cho phép chân đỡ G.10-4 N: 8,0 • Bề mặt đỡ F.104 m2 : 840 Bảng 44 Thông số chân đỡ L B B1 B2 H h s l d 275 22 120 34 Mm 320 265 270 400 500 3.3.4 Thiết bị Sinh viên thực hiện: Đỗ Văn Hưng Trang 102 Đồ án tốt nghiệp Cử nhân Công nghệ GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên KẾT LUẬN Là sản phẩm quan trọng ngành cơng nghiệp hóa chất cơng nghệ tổng hợp hữu hóa dầu, nhu cầu sản lượng Etylbenzen ngày lớn để sản xuất monomer Styren Với đề tài “ Thiết kế phân xưởng Alkyl hóa Benzen sản xuất Etylbenzen” sử dụng cơng nghệ pha hãng Mobil Badger suất 38000 tấn/năm Sau thời gian nghiên cứu tìm hiểu, tham khảo tài liệu với cố gắng thân hướng dẫn tận tình PGS.TS.Nguyễn Hồng Liên em hoàn thành đồ án tốt nghiệp với vấn đề sau: ❖ Tìm hiểu tính chất vật lý, hóa học, phương pháp sản xuất EB Benzen Etylen ❖ Tìm hiểu cơng nghệ sản xuất EB giới, lựa chọn công nghệ thiết kế dây chuyền sản xuất ❖ Tìm hiểu trình vận hành sơ đồ công nghệ sản xuất EB pha hãng Mobil Badger ❖ Tính tốn cơng nghệ tìm hiểu thiết bị phản ứng • Lượng ngun liệu Etylen cho vào: 1370,00 kg/h • Lượng nguyên liệu Benzen cho vào: 5328,54 kg/h • Năng suất: 4664,07 kg/h • Chiều cao thiết bị phản ứng chính: 29 m • Đường kính thiết bị phản ứng chính: m • Xúc tác sử dụng ZSM-5 Qua việc làm đồ án giúp em hệ thống lại kiến thức học, hiểu ứng dụng lý thuyết vào thực tế, tạo kỹ tra cứu, tìm hiểu tài liệu, thấy từ nghiên cứu lý thuyết đến thực tế sản xuất chặng đường dài Sinh viên thực hiện: Đỗ Văn Hưng Trang 103 Đồ án tốt nghiệp Cử nhân Công nghệ GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Do thời gian tìm hiểu kiến thức có hạn, chưa có kinh nghiệm thực tế nên khó tránh thiếu sót, em mong nhận thêm nhiều góp ý bổ sung thầy để đồ án hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn ! Sinh viên thực hiện: Đỗ Văn Hưng Trang 104 Đồ án tốt nghiệp Cử nhân Công nghệ GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên TÀI LIỆU THAM KHẢO Ullmann’s encyclopedia of Industrial Chemistry Hydrocarbons_Petrochemical Processes 2005 3.Catalysis today 73 (2002)- Recent advances in the industrial alkylation of aromatics: new catalysts and new processes Applied Catalysis A: General 221 (2001)- Alkylation of aromatics with ethylene and propylene: recent developments in commercial processes Chinese Journal of Catalysis 37 (2016)- Advances in development and industrial applications of ethylbenzene processes Howard F Rase- Handbook of Commercial Catalysts: Heterogeneous Catalysts Hideshi Hattori,Yoshi Ono-Solid Acid Catalysis: From Fundamentals to Applications Ruren Xu,Jiesheng Chen,Zi Gao,Wenfu Yan-From Zeolites to Porous MOF Materials the 40th Anniversary of International Zeolite Conference U.S.Pat.No 5,600,048- CONTINUOUS PROCESS FOR PREPARING ETHYLBENZENE USING LIQUID PHASE ALKYLATION AND VAPOR PHASE TRANSALKYLATION 10 U.S.Pat.No 3,751,504 (Keown)- VAPOR-PHASE ALKYLASION IN PRESENCE OF CRYSTALLINE ALUMINOSILICATE CATALYST WITH SEPARATE TRANSALKYLATION 11 U.S.Pat.No 6,504,071 B2- PROCESS AND APPARATUS FOR PREPARATION OF ETHYLBENZENE BY ALKYLATION OF BENZENE WITH DILUTE ETHYLENE CONTAINED IN DRY GAS BY CATALYTIC DISTILLATION Sinh viên thực hiện: Đỗ Văn Hưng Trang 105 Đồ án tốt nghiệp Cử nhân Công nghệ GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên 12 Perrys Chemical Engineers Handbook, Eighth Edition-Robert H Perry, Don W Green 13 Sổ tay Quá trình Thiết bị tập 1, Tập thể tác giả trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội-2006 14 Sổ tay Quá trình Thiết bị tập 2, Tập thể tác giả trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội-2006 15 Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, Volume 7, 5th Edition Sinh viên thực hiện: Đỗ Văn Hưng Trang 106 ... hóa tạo polyethylene ❖ Cộng Cl tạo 1,2-dicloroethane CH2=CH2+Cl2→ClCH2−CH2Cl ❖ Phản ứng với benzene tạo ethylbenzene, sau dehydro hóa tạo thành styrene ❖ Oxi hóa tạo acetaldehide ❖ Hydrat hóa tạo. .. máy đời vào năm 1994 tới năm 1999 ba phân xưởng vào vận hành Đặc trưng công nghệ thiết bị phản ứng alkyl hóa chứa xúc tác zeolite Khí ethylene benzene lỏng vào tháp chưng Do nguyên liệu vào ethylene... liên quan Ví dụ, benzene tạo thành từ xyclohexane, đòi hỏi lượng thấp (151 kJ, 36kcal) so với lượng cần để tạo thành liên kết đôi Phổ NMR benzene proton có mức lượng thấp tạo liên kết vinylog đơn