1. Trang Chủ
  2. Công nghệ - Môi trường
  3. Đồ án tốt nghiệp - Đề tài Thiết kế phân xưởng sản xuất Formalin

Đồ án tốt nghiệp - Đề tài Thiết kế phân xưởng sản xuất Formalin

Formaldehyde là một hóa chất hóa học công nghiệp quan trọng và được dùng trong quá trình sản xuất của rất nhiều ngành công nghiệp. Hiện nay có trên 50 ngành công nghiệp sử dụng formaldehyde. Formaldehyde cũng là một trong những hợp chất hữu cơ quan trọng để cung cấp cho các ngành sản xuất công nghiệp và tiêu dùng, nó ở dạng thương phẩm formaldehyde hòa tan trong H2O ở dạng dung dịch 37  50% được gọi là formalin. Đây là một trong những bán thành phẩm quan trọng cho ngành tổng hợp hữu cơ và nhiều

Thể loại Tài liệu miễn phí Công nghệ - Môi trường

Số trang 91

Ngày tạo 8/30/2018 4:05:06 AM +00:00

Loại tệp PDF

Kích thước 0.73 M

Tên tệp

Tải Đồ án tốt nghiệp - Đề tài Thiết kế phân xưởng sản ... (.pdf)

Xem mẫu

  1. Đồ án tốt nghiệp Đề tài Thiết kế phân xưởng sản xuất Formalin SVHT: Lương Huy Công Lớp Hóa dầu I – K44
  2. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất Formalin MỤC LỤC Trang Mở đầu ............................................................................................................5 Phần I: Tổng quan về lý thuyết .......................................................................... 7 Chương I: Tính chất và ứng dụng của sản phẩm Formaldehyde ................. 7 I. Giới thiệu chung:7 ..................................................................................... 7 II.Tính chất vật lý7 ..................................................................................... 7 III. Tính chất hóa học10 ............................................................................10 1. Phản ứng phân huỷ10 ..................................................................10 2. Phản ứng oxy hóa khử10 .............................................................10 3. Phản ứng giữa các phân tử Formaldehyde11 ................................11 4. Phản ứng Cannizzaro11 ...............................................................11 5. Phản ứng Tischenko11.................................................................11 6. Phản ứng Polime hóa11 ...............................................................11 IV. Chỉ tiêu Formalin thương phẩm .........................................................11 V. ứng dụng của sản phẩm Formaldehyde ...............................................12 Chương II: Giới thiệu chung về nguyên liệu của quá trình sản xuất formalin ................................................................................................................13 I. Giới thiệu13 .............................................................................................13 II. Tính chất vật lý13 ....................................................................................13 III. Tính chất hóa học14 ...............................................................................14 1. Phản ứng hydro hóa14 ...................................................................14 2. Phản ứng tách nước15 ....................................................................15 3. Phản ứng oxy hóa15 .....................................................................15 4. Phản ứng dehydro hóa15 ...............................................................15 IV. Chỉ tiêu nguyên liệu Metanol để sản xuất Formalin trên xúc tác Bạc15 ...15 1. Nước15 ........................................................................................15 2. Metanol kỹ thuật15 ......................................................................15 3. Không khí15 ................................................................................15 V. Một số ứng dụng của Metanol16 ..............................................................16 1. Sử dụng làm nguyên liệu cho tổng hợp hóa học16 .......................16 2. Sử dông trong các lĩnh vực năng lượng16 ....................................16 3. Các ứng dụng khác16 ..................................................................16 Chương III: Các phương pháp sản xuất Formalin ........................................17
  3. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất Formalin I.Quá trình sản xuất Formaldehyde sử dụng xúc tác Bạc .....................17 1. Công nghệ chuyển hóa hoàn toàn Metanol(CN BASF).19 ..........19 2. Công nghệ chuyển hóa không hoàn toàn và chưng thu hồi Metanol21 ...................................................................................................... ...................................................................................................21 II. Công nghệ sản xuất Formaldehyde sử dụng xúc tác oxit .................23 1. Công nghệ đặc trưng của quá trình sản xuất Formalin trên cơ sở xúc tác oxit kim loại là công ngẹ dùa trên phương pháp Formox25 ..25 2. Sơ đồ công nghệ sản xuất Formalin của viện nghiên cứu xúc tác27 ..................................................................................................27 Chương IV: So sánh về mặt kinh tế của các quá trình sản xuất Formaldehyde và lùa chọn sơ đồ công nghệ. ...................................................30 I.So sánh các quá trình30 ..........................................................................30 II. Lùa chọn sơ đò công nghệ32 ................................................................32 Chương V: Các phương pháp sản xuất Formalin khác ................................33 I.Quá trình sản xuất Formaldehyde bằng cách oxy hóa Metan33............33 II. oxy hóa etylen34 ...............................................................................34 III. Thuỷ phân clorua metylen34 ............................................................34 Chương VI: Công nghệ sản xuất Formalin ding xúc tác Bạc(CN BASF) ..35 I.Sơ đồ công nghệ35 ..............................................................................35 II. Một số đặc trưng về quá trình sản xuất Formaldehyde ding xúc tác Ag 1. Các phản ứng36 ........................................................................36 2. Cơ chế của quá trình38 .............................................................38 3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình39 ......................................39 4. Thiết bị phản ứng chính40 ........................................................40 Phần II: Tính toán công nghệ ............................................................................42 I. Các số liệu42 ......................................................................................42 1. Số liệu chất tham gia phản ứng42 .............................................42 2. Thành phần khí thải42 ..............................................................42 3. Tổn thất42 ................................................................................42 4. Phản ứng hóa học xảy ra trong thiết bị phản ứng42 ...................42 5. Thành phần của sản phẩm42 .....................................................42 6. Hệ số chuyển hóa Metanol thành sản phẩm42 ...........................42 II. Tính cân bằng vật chất42 ..................................................................42 1. Tính cho toàn phân xưởng47 ....................................................47 Lương Huy Công Lớp Hóa dầu I – K44
  4. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất Formalin 2. Cân bằng vật chất cho thiết bị bay hơi Metanol47 .....................47 3. Cân bằng vật chất cho thiết bị phản ứng chính48 ......................48 4. Tính cân bằng vật chất cho tháp hấp thô48................................48 5. Cân bằng vật chất cho thiết bị đun nóng khí50 ..........................50 III. Tính toán cân bằng nhiệt lượng50 ...................................................50 1. Thiết bị đun nóng không khí50 ................................................50 2. Thiết bị bay hơi Metanol51 ......................................................51 3. Thiết bị đun nóng quá nhiệt khối phản ứng lần 154 ..................54 4. Thiết bị đun nóng quá nhiệt khối phản ứng lần 255 ..................55 5. Thiết bị điều chế Formaldehyde56 ...........................................56 IV. Tính toán thiết bị phản ứng61 .........................................................61 1. Lùa chọn thiết bị phản ứng61 ...................................................61 2. Chọn chất tải nhiệt cung cấp cho dây chuyền sản xuất61 .........61 3. Tính phần thiết bị làm lạnh nhanh hỗn hợp khí sau phản ứng6161 4. Tính đường kính, thể tích líp xúc tác, chiều cao lơp xúc tác phần phản ứng63 ..............................................................................63 5. Tính đường kính ống dẫn nguyên liệu vào thiết bị65................65 6. Tính đường kính ống dẫn sản phẩm ra khỏi thiết bị66 ..............66 7. Tính đáy của thiết bị67.............................................................67 8. Tính nắp của thiết bị68.............................................................68 9. Chiều dày của thân thiết bị68 ...................................................68 Phần III: Tồn chứa và vận chuyển Formalin ..................................................71 Phần IV: Biện pháp bảo vệ môi trường ...........................................................72 Phần V: Thiết kế xây dựng.................................................................................73 I.Đặc điểm sản phẩm của nhà máy73 ......................................................73 II. Địa điểm xây dùng73 .........................................................................73 1. Các yêu cầu chung73 ...............................................................73 2. Các yêu cầu về kỹ thuật xây dùng73 ........................................73 3. Các yêu cầu về môi trường vệ sinh công nghiệp74 ...................74 III. Các giải pháp thiết kế tổng mặt bằng nhà máy74 ..............................74 1. Nguyên tắc thiết kế tổng mặt bằng nhà máy74 .........................74 2. Các hạng mục công trình75 ......................................................75 Phần VI: Tính toán kinh tế ................................................................................77 I.Mục đích và nhiệm vô77 .......................................................................77 II. Nội dung tính toán kinh tế77 ...............................................................77 Lương Huy Công Lớp Hóa dầu I – K44
  5. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất Formalin 1. Chế độ làm việc của phân xưởng77 ..........................................77 2. Nhu cầu về nguyên vật liệu, nhiên liệu và năng lượng77 ..........77 a. Nhu cầu về nguyên vật liệu77 ........................................77 b. Nhu cầu về năng lượng78...............................................78 3. Chi phí nguyên vật liệu, nhiên liệu và năng lượng79 .................79 4. Tính vốn đầu tư cố định79 ........................................................79 a. Tính vốn đầu tư xây dùng79 ...........................................79 b. Tính vốn đầu tư cho thiết bị, máy móc79 .......................79 c. Tính vốn đầu tư khác80 ..................................................80 5. Nhu cầu về lao động80 .............................................................80 6. Quỹ lương công nhân và nhân viên toàn phân xưởng81 ............81 7. Tính khấu hao82 .......................................................................82 8. Các khoản chi phí khác82 .........................................................82 9. Tính giá thành sản phẩm82 .......................................................82 a. Tổng doanh thu của phân xưởng trong năm82 ................82 b. Lợi nhuận83 ...................................................................83 c. Hiệu quả kinh tế83 .........................................................83 Kết luận ................................................................................................................84 Tài liệu tham khảo ...............................................................................................85 Lương Huy Công Lớp Hóa dầu I – K44
  6. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất Formalin Phần Mở đầu Formaldehyt là một chất khí, ở dạng thương phẩm gọi là formalin (Formalin là dung dịch Formaldehyt 40% trong nước). Formaldehyt là một trong các hoá chất đa dạng nhất và được sử dụng trong công nghiệp hoá chất và các ngành công nghiệp khác để sản xuất ra các sản phẩm thiết yếu sử dụng trong đời sống. Tổng sản phẩm Formaldehyt của CHLB Đức năm 1981/1982 là 500.000 t/a được coi là một ví dụ điển hình và thống kê các công dụng của Formaldehyt. Một lượng lớn được dùng để sản xuất sản phẩm đông đặc (nh­ nhựa) với urea, melamin và phenol tạo ra nhựa phenol, các chất tổng hợp. Khoảng 200.000 t/a (40%) được sử dụng ở dạng này để sản xuất các sản phẩm có tính chất kết dính (keo dính) và nhựa có tính chất thấm sử dụng trong sản xuất các tấm ván nhỏ, gỗ ván Ðp và đồ gỗ. Các sản phẩm đông đặc này cũng được dùng để sản xuất các sản phẩm nh­: Vật liệu phủ bề mặt...., chúng được sử dông nh­ phô gia trong công nghiệp dệt, thuộc da, cao su và chất kết dính. Những ứng dụng cao hơn bao gồm các giấy sáp và vật liệu lót mặt trong phanh xe. Một lượng rất nhỏ các sản phẩm ngưng tụ ure­ fo được dùng trong sản xuất nhựa bọt (chất dẻo bọt). Chỉ 0.4%(2000 tấn) sản phẩm Formaldehit hàng năm được dùng cho mục đích này trong lĩnh vực khai thác dầu mỏ và khí chỉ 0.88% (400 tấn) dùng làm vật liệu cách điện cho các toà nhà. Khoảng 42% tổng sản lượng Formaldehit được dùng làm chất trung gian để tổng hợp 1.4­butadiol, trimethylot propan và neopentyl glycol, chúng được sử dụng trong sản xuất poly ure than và nhựa polieste, tổng hợp các chất phủ dẻo, tổng hợp các dầu bôi trơn, và các chất hoá dẻo khác. Các hợp chất khác được sản xuất từ Formaldehit bao gồm : pentaerythriol (được sử dụng chủ yếu trong các nguyên liệu cho chất sơn phủ bề mặt), các phức axit nitrilotriacetic (NTA) và axit ethylene diamin etetraacetic (EDTA) cũng được sản xuất từ Formaldehit. Do Formaldehit có ứng dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nên giữ một vai trò vô cùng quan trọng trong chiến lược phát triển công nghiệp nói chung, đặc biệt là Lương Huy Công Lớp Hóa dầu I – K44
  7. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất Formalin công nghiệp hoá chất nói riêng( công nghiệp tổng hợp hữu cơ và công nghiệp sản xuất các hoá chất khác, việc nhập Formalin ( do Formalin là dung dịch của 37% Formaldehit và 63% là nước) nên nhập Formalin từ nước ngoài vào là không kinh tế. Đứng trước tình trạng trên, việc nghiên cứu các chất xúc tác, thiết bị cũng như công nghệ sản xuất trong nước đã được rất nhiều nhà khoa học quan tâm , nghiên cứu nhằm đáp ứng nhu cầu về số lượng và chất lượng sản phẩm Formalin cho nhiều ngành công nghiệp. Việc nghiên cứu và thiết kế phân xưởng sản xuất Formaldehit phù hợp với tình hình trong nước là vấn đề rất cần thiết và cấp bách. Hiện nay có rất nhiều phương pháp công nghiệp sản xuất Formaldehit nhưng phương pháp có hiệu quả và được nhiều nước trên thế giới sử dụng hơn cả là phương pháp oxi hoá metanol: Trên xúc tác kim loại để sản xuất ra Formaldehit. Nếu sử dụng xúc kim loại nh­ Ag, Cu, Pt thì qúa trình này là qúa trình oxi hoá kết hợp với khử H2. Qúa trình này tiến hành ở nhiệt độ cao(680­720 oC ), thuận lợi về mặt nhiệt động nhưng hiệu suất chuyển hoá lại không cao (85%). Nếu dùng hệ xúc tác Fe­Mo thì cho hiệu suất chuyển hoá cao hơn và ưu điểm hơn về mặt kinh tế, hơn nữa nếu dây chuyền sản xuất dùng xúc tác oxit thì cho sản phẩm Formaldehit có chất lượng tốt hơn(vì hàm lượng CH3OH nhỏ) phù hợp với các mục đích sử dụng khác nhau của Formaldehit trong công nghiệp. Tuy nhiên cho đến nay công nghệ trên xúc tác oxit chỉ chiếm 1/3 sản lượng Fomalin của thế giới. Lương Huy Công Lớp Hóa dầu I – K44
  8. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất Formalin PHẦN I: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ FORMALDEHYT I. Giới thiệu: Formadehyt tồn tại trong tự nhiên và được tạo ra từ các chất cơ nhờ các qúa trình quang hoá trong khí quyển từ rất lâu trên trái đất. Formaldehyt là sản phẩm biến đổi quan trọng trong động thực vật (bao gồm cả con người). Trong đó Formaldehyt tồn tại với nồng độ thấp. Formaldehyt có mùi hắc và là chất kích thích cho mắt, mòi và họng thậm chí ở nồng độ thấp, giới hạn nồng độ mà có thể phát hiện ra mùi lạ 0.051ppm. Tuy nhiên, Formaldehyt không gây ra bất kỳ sự phá huỷ nào mà mang tính chất mãn tính đối với sức khỏe của con người.Formldehyt cũng được tạo ra khi các chất hữu cơ cháy không hoàn toàn; do đó, Formaldehyt được tìm thấy trong qúa trình đốt khí, vì dô , từ khí thải động cơ, đốt cháy thực vật và thậm chí cả trong khói thuốc.Formaldehyt là một chất hoá học quan trọng trong công nghiệp và được ứng dụng sản xuất ra nhiều sản phẩm công nghiệp và các hàng hóa tiêu dùng. Hiện nay hơn 50 chất trong công nghiệp sử dụng Formaldehyt, chủ yếu ở dạng dung dịch nước và Formaldehyt . II.Tính chất vật lý. Formaldehyde (CH2O) là chất khí không màu, mùi sốc, vị chua,độc (tác động đến mắt, da mòi và cổ họng và kích thích thần kinh ngay cả khi với nồng độ nhá ). Khí Fomandehyde khan hoàn toàn thì tương đối bền vững ở áp suất khí quyểnvà ở nhiệt độ 80­1000C, nhưng ở nhiệt độ thấp hơn thì nó bị Polime hoá chậm.. Sự Polime hoá sẽ tăng nhanh nếu có vết của các hợp chất có cực(nh­ các xít, kiềm và nước). Do vậy dung dịch fomandehydecó xu hướng Polime hoá trong bảo quản. Ở nhiệt độ 4000C và cao hơn thì khí Fomandehyde phân huỷ ở nhiệt độ khá nhanh tạo thành axit, cacbon và hydro. Khí Fomandehyde cháy và tạo thành các hỗn hợp nổ với không khí khi hỗn hợp chứa khoảng7­72% theo thể tích. Nhiệt độ tự bốc cháy là khoảng 3000C. Lương Huy Công Lớp Hóa dầu I – K44
  9. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất Formalin Formaldehyde hoá lỏng ở ­19,2oC, tỷ trọng của lỏng là 0,8153 (ở ­20oC) và 0.9172 (ở ­80oC) đóng rắn ở ­118oC dạng bột nhão trắng. Một số hằng số vật lý của formaldehyde . Nhiệt tạo thành formaldehyde ở 25oC là : ­115.9 +6.3 kJ/mol. Năng lượng Gibbs ở 25oC là ­109.9 kJ/mol. Entropy ở 25oC là: 218.8 +0.4 kJ/mol. Nhiệt chảy ở 25oC : 561.5 kJ/mol. Nhiệt hoá hơi ở ­19.2oC : 23.32kJ/mol. Nhiệt dung ở ­25oC : 35.425kJ/mol. Quá trình polyme hoá hoặc trong trạng thái lỏng hoặc trong trạng thái khí đều bị ảnh hưởng bởi các yếu tố: áp suất, độ Èm, và một lượng nhỏ acid formic song tương đối nhá. Khí formaldehyde đạt đươc bằng quá trình hoá hơi para formaldehyde(HCHO)n. Hoặc polyme hoá cao hơn thì được ­poly­oxy metylene. Quá trình này đạt được từ 90100% ở dạng tinh khiết và yêu cầu phải bảo quản ở 100 150oC nhằm ngăn cản quá trình trùng hợp. Quá trình phân huỷ hoá học không xẩy ra dưới 400oC. Khí formaldehyde dễ bắt cháy khi ta đưa nhiệt độ mồi lửa tới 430oC hỗn hợp với không khí là hợp chất gây nổ. Tính chất cháy nổ của formaldehyde thường dễ xẩy ra, đặc biệt là khoảng nồng độ 65  70% thể tích. Nhiệt độ thấp formaldehyde lỏng có thể trộn lẫn được với tất cả các dung môi không phân cực nh­: Toluen, ete, chloroform, và cũng có thể là etylaxetat . Khả năng hoà tan giảm khi nhiệt độ tăng. Quá trình bay hơi trùng hợp thường xẩy ra nhiệt độ thường và chỉ để lại một lượng nhỏ khí không tan. Qua nghiên cứu và thực nghiệm cho thấy monome dạng đơn phân tử của Formandehyde chỉ tồn tại trong dung dịch với nồng độ dung dịch < 0,1% trọng lượng. Dạng chủ yếu của Formandehyde trong dung dịch là metylglycol (HOCH2OH ) và các olygome có khối lượng phân tử thấp với cấu trúc HO(CH2O)nH (n = 1 8 ).Vì vậy mà Formandehyde khó bốc mùi ở điều kiện thường . Hằng số cân bằng của qúa trình hoà tan vật lý của Formandehyde và quá trình phản ứng của Formandehyde tạo thành Metylen glycol và các olygome của nó có thể xác định được. Các thông số kết hợp với các số liệu khác để tính toán các hắng số cân bằng ở tại các nhiệt độ khác nhau từ O0 đến 1500 và nồng độ của Formandehyde là 60% số liệu cho ở bảng 1 nhận được từ quá trình tính toán các hằng số cân bằng của quá trình olygome phân bố trong dung dịch nước với nồng độ 40% khối lượng. Một quá trình nghiên cứu về năng lượng của quá trình tạo thành metylen glycol từ việc hoà tan Formandehyde trong nước cho thấy tốc độ phản ứng thuận càng tăng Lương Huy Công Lớp Hóa dầu I – K44
  10. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất Formalin mạnh khi nó xảy ra trong môi trường dung dịch có tính axit. Điều này có nghĩa là sự phân bố của các oligome có khối lượng phân tử cao (n>3) không có sự thay đổi nhanh khi nhiệt độ tăng hoặc có sự pha loãng dung dịch. Lượng metylen glycol tăng nhanh đồng thời có sự tiêu hao các oligome nhỏ hơn (n=2 hoặc 3) Trong dung dịch nước lượng Formandehyde ở dạng monome chỉ chiếm có nhỏ hơn 2% khối lượng. Lượng metylen glycol có thể được xác định bằng phương pháp dùng sunfit hoặc đo áp suất riêng phần của Formandehyde. Khối lượng phân tử và lượng monome có thể xác định bằng phương pháp quang phổ NMR. Bảng1: sự phân bố của glycol trong dung dịch Formandehyde (40%,350C). n Thành phần (%) n Thành phần(%) 1 26,28 7 3,89 2 19,36 8 2,35 3 16,38 9 1,59 4 12,33 10 0,99 5 8,7 >10 1,59 6 5,89 Tuy nhiên dung dịch Formandehyde tinh khiết trong nước vẫn có thể tồn tại ở nồng độ 95% trọng lượng nhưng để duy trì được ở nồng độ này mà không có sự hình thành các polyme thì phải tăng nhiệt độ lên 1200C. Trong dung dịch Formandehyde kỹ thuật người ta có bổ sung thêm Methanol với nồng độ 2%. Một số hằng số vật lý của dung dịch formalin. Dung dịch nước có 3745% trọng lượng Formandehyde . Nhiệt độ sôi: 970C Nhiệt đóng rắn khi có methanol: 500C Nhiệt độ chíp cháy không có methanol: 850C Nhiệt độ chớp cháy khi có 15% methanol: 500C Áp suất riêng phần của Formandehyde trong các dung dịch nước phụ thuộc vào nhiệt độ thể hiện qua bảng sau: Bảng 2: áp suất riêng phần của Formandehyde trên dung dịch formalin ở nhiệt độ và nồng độ khác nhau : T0C Nồng độ formandehyde 1 5 10 15 20 25 30 35 40 Lương Huy Công Lớp Hóa dầu I – K44
  11. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất Formalin 5 0,003 0,011 0,016 0,021 0,025 0,028 0,031 0,034 0,037 10 0,005 0,015 0,024 0,031 0,038 0,045 0,049 0,053 0,056 15 0,007 0,022 0,036 0,047 0,057 0,066 0,075 0,083 0,090 20 0,009 0,031 0,052 0,069 0,085 0,096 0,113 0,125 0,137 25 0,013 0,044 0,075 0,101 0,125 0,146 0,167 0,187 0,206 30 0,017 0,061 0,105 0,144 0,180 0,213 0,245 0,275 0,304 35 0,022 0,084 0,147 0,203 0,256 0,305 0,353 0,389 0,442 40 0,028 0,113 0,202 0,284 0,36 0,432 0,502 0,569 0,634 45 0,037 0,151 0,275 0,390 0,499 0,604 0,705 0,803 0,899 50 0,045 0,200 0,371 0,531 0,685 0,838 0,978 1,119 1,258 55 0.039 0,262 0,494 0,715 0,929 1,137 1,341 1,541 1,740 60 0,047 0,340 0,652 0,953 1,247 1,536 1,820 2,101 2,378 65 0,093 0,437 0,852 1,258 1,657 2,053 2,443 2,831 3,18 70 0,114 0,558 1,104 1,645 2,182 2,717 3,250 3,780 4,31 Qua nghiên cứu động học của sự tạo thành metyl glycol từ hoà tan Formandehyde với nước có hằng số của phản ứng nghịch là 5.103  5.106chậm hơn so với phản ứng thuận và nó sẽ tăng lên nhiều so với dung dịch axit ,nghĩa là sự phân bố của olygome khối cao (n>3) không thay đổi nhanh khi nhiệt độ thấp hoặc dung dịch loãng. Sau đó lượng metylen glycol tăng với một lượng nhỏ olygome (n=2 hoặc n=3) trong dung dịch nước,hàm lượng nhỏ hơn 2% Formandehyde ở dạng monome. Tỉ trọng của dung dịch Formandehyde chứa 13% trọng lượng metanol tại nhiệt độ từ 10  700C có thể được tính theo công thức sau: P= a+ 0,003(F­b) ­ 0,025.(M­c) ­104[0,005.(F­30) +3,4](t­20) Trong đó : F:nồng độ của Formandehyde ,% trọng lượng. M:nồng độ của methanol , % trọng lượng. t: nhiệt độ,0C a,b,c: là các hằng số. Độ nhít động học của dung dịch nước Formandehyde được tính theo công thức sau: (M­P.a.5) =1,28 +0,39.F +0,05.M ­0,02.t Công thức này áp dụng cho dung dịch chứa 30  50% trọng lượng Formandehyde và 0  20% trọng lượng methanol ở nhiệt độ 25  400C Lương Huy Công Lớp Hóa dầu I – K44
  12. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất Formalin III. Tính chất hoá học Formandehyde là một chất hữu cơ hoạt động và có đặc điểm cấu tạo phân tử có sự phân cực của nối đôi nên có khả năng tham gia nhiều phản ứng hoá học khác nhau. 1. Phản ứng phân huỷ ở nhiệt độ 1500C thì Formandehyde bị phân huỷ thành methanol và oxit cacbon: 0 C 2HCHO 150 CH3OH + CO ở 3500C tạo thành CO và H2 0 C HCOH 350 CO +H2 Ngoài ra, sản phẩm của quá trình phân huỷ có thể là Metan, Metanol, axit formic khi só mặt xúc tác kim loại Pt, Cu, Al, Cr. 2. Phản ứng oxi hoá khử : Formandehyde ở thể khí hoặc thể hoà tan có thể bị oxi hoá thành axit Formic CH2O + 1/2 O2 HCOOH. Nếu oxi hoá sâu hơn thì tạo thành CO2và nước CH2O + O2  CO2 + H2O Trong khoảng nhiệt độ 300  4000C thì hai phản ứng trên xảy ra nhưng nếu > 4000C thì lại là CO và H2 0  C CH2O  400 CO + H2 Nếu quá trình oxi hoá xảy ra ở nhiệt độ cao và có mặt xúc tác thì phản ứng tạo ra CO và H2O 0 CH2O + 1/2 O2 t, xt  CO + H2 C  Nếu dùng tác nhân oxi hoá là H2O2 thì sản phẩm phản ứng là HCOOH và H2 hoặc CO2 và nước Phản ứng khử với tác nhân là H2 thì sản phẩm thu được là Metanol. Đây là phản ứng thuận nghịch và xảy ra trong qúa trình sản xuất Formandehyde có dùng xúc tác bạc. Tuy nhiên để cân bằng dịch chuyển sang vế trái cần tiến hành ở nhiệt độ cao. 3. Phản ứng giữa các phân tử Formandehyde Ngoài phản ứng giữa các phân tử khác Formandehyde còn có thể phản ứng với nhau các phản giữa chúng bao gồm các phản ứng polyme hoá trong đó sự polyme của oximetion là phản ứng đặc trưng nhất. Lương Huy Công Lớp Hóa dầu I – K44
  13. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất Formalin 4. Phản ứng Cannizzaro: Phản ứng này bao gồm sự khử một phân tử Formandehyde và oxi hoá một phân tử khác: 2HCHO(aq) + H2O   CH3OH + HCOOH phản ứng xảy ra thuận lợi khi có mặt xúc tác kiềm hoặc đun nóng.Với các andehyde như Furfurol không xảy ra phản ứng ngưng tụ Aldol thông thường không có các nguyên tử H hoạt động ở vị trí .Vì vậy phản ứng giữa hai andehyt loại này hoàn toàn xảy ra theo hướng Cannizzaro. 5. Phản ứng Tischenko Các polyme của Formandehyde khi gia nhiệt thì phản ứng với metylat nhôm hoặc Manhê tạo thành Metylformat: 0  HCOCH3 2HCHO(polyme) t 6. Phản ứng polyme hoá Tại nhiệt độ thường thì Formandehyde ở thể khí, khi có vết nước thì trùng hợp tạo thành para­Formandehyde [HO(CH2O)nH] màu trắng (n=8  100). Khi đun nóng với H2SO4 loãng thì para­Formandehyde bị khử trùng hợp tạo thành Formandehyde.Formandehyde hoặc para­Formandehyde tác dụng với NH3 tạo thành Utropin. IV.Ứng dụng của sản phẩm formalin Năm 1992 formalin là một hoá chất có số lượng xếp hạng thứ 23 về khối lượng các hoá chất sản xuất nhiều trên thế giới, một trong những sản phẩm hữu cơ quan trọng hàng đầu được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau.Ví dụ việc sử dụng formalin ở Mỹ VÝ dô viÖc sö dông formalin ë Mü nh­ sau: Bảng 3: Việc sử dụng formalin ở Mỹ Nhựa ure Formandehyde 25% Nhựa phênol Formandehyde 25% Nhựa poly axetal 9% Pentaeritit 5% Hexa metylen tetramin 5% Nhựa metamin 5% Tera hyelfuran 3% Các dẫn suất axetylen 3% Các mục đích khác 20% Lương Huy Công Lớp Hóa dầu I – K44
  14. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất Formalin Ở nước ta hiện nay formalin cũng được sử dụng rộng rãi để sản xuất các loại keo dán ure formaldehyde, nhựa fenol formaldehyde, làm gỗ dán, tấm lợp, cốt Ðp, nhựa bakelit để chế tạo sơn, ngoài ra còn sử dụng trong y học và trong chăn nuôi .... Trong công nghiệp dệt dùa vào tính chất lý hoá học cơ bản của formandehyde. Người ta đã nghiên cứu thành công một số hoá chất và dẫn xuất khác để tạo ra các sản phẩm mới loại thương phẩm về chất trợ phân tán phục vụ cho các giai đoạn công nghệ hoàn tất vải trong quá trình dệt nhuộm. CHƯƠNG II: CÁC TÍNH CHẤT CỦA NGUYÊN LIỆU METHANOL I. GIỚI THIỆU CHUNG Metanol còn gọi là methyl acohol hoặc rượu gỗ, có công thức làCH Metanol cßn gäi lµ methyl acohol hoÆc r­îu gç, cã c«ng thøc lµCH3OH, khối lượng phân tử 32,024. Năm1661 lần đầu tiên Robert Boyle đã thu được Metanol bằng cách xà phòng hoá Methyl chloride. Từ những năm 1913, Metanol đã được sản xuất bằng phương pháp tổng hợp từ CO và H2.. Đến đầu những năm 1920, M.PIER và các đồng nghiệp hãng BASF dùa trên sự phát triển của hệ xúc tác ZnO ­ Cr2O3 đã tiến một bước đáng kể trong việc sản xuất Metanol với quy mô lớn trong công nghiệp. Vào cuối năm 1923 quá trình này được thực hiện ở áp suất cao (25­35 MPa, To= 320­450 0C )chúng được sử dung trong công nghiệp sản xuất Metanol hơn 40 năm. Tuy nhiên vào những năm 1960, ICI đã phát triển một hướng tổng hợp Metanol ở áp suất thấp (5­10 MPa, T0 = 200­ 300 ) trên xúc tác CuO với độ chọn lọc cao. Hiện nay Metanol được sản xuất nhiều hơn trên thế giới bằng phương pháp tổng hợp áp suất thấp còn phương pháp chưng từ giấm gỗ chỉ chiếm khoảng 0,003% tổng lượng Metanol sản xuất được. Lương Huy Công Lớp Hóa dầu I – K44
  15. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất Formalin II.TÍNH CHẤT VẬT LÝ Metanol là chất lỏng không mầu, có tính phân cực, tan trong nước, benzen, rượu, este và hầu hết các dung môi hữu cơ. Metanol có khả năng hoà tan nhiều loại nhựa nhưng Ýt tan trong chất béo, dầu.Metanol dễ tạo hỗn hợp cháy nổ với không khí (7 34%), rất độc cho sức khoẻ con người, với lượng 10 ml trở lên có thể gây tử vong. Bảng 4: Một số hằng sè vật lý quan trọng của Metanol. Tên Hằng số Nhiệt độ sôi(101,3 kPa) 64,70C Nhiệt độ đóng rắn ­97,80C Tỷ trọng chất lỏng (00C; 101,3 kPa) 0,8100g/cm2 Tỷ trọng chất láng(250C ;101,3kPa) 0,78664g/cm2 Nhiệt độ bốc cháy 4700C Áp suất tới hạn 8,097Mpa Nhiệt độ tới hạn 239,490C Tỷ trọng tới hạn 0,2715g/cm3 Thể tích tới hạn 117,9cm3/mol Hệ số nén tới hạn 0,224 Nhiệt độ nóng chảy 100,3kJ/kg Nhiệt hoá hơi 1128kJ/kg Lương Huy Công Lớp Hóa dầu I – K44
  16. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất Formalin Nhiệt dung riêng của khí (250C;101,3kPa) 44,06J.mol­1.K­1 Nhiệt dung riêng của láng(250C ; 101,3kPa) 81,08J.mol­1K­1 Độ nhít của lỏng (250C) 0,5513mPas Độ nhít của khí (250C) 9,6.10­3mPas Hệ số dẫn điện (250C) (2­7).10­9­1cm­1 Sức căng bề mặt trong không khí (250C) 22,10mN/m Entanpi tiêu chuẩn (khí 250C ; 101,3kPa) ­200,94kJ/mol Entanpi tiêu chuẩn (láng250C ; 101,3kPa) ­238,91kJ/mol Entropi tiêu chuẩn (khí 250C ; 101,3kPa) 239,88J.mol­1.K­1 Entropyi tiêu chuẩn (lỏng 250C ;101,3kPa) 127,27J.mol­1K­1 Hệ số dẫn nhiệt lỏng (250C) 190,16mW.m­1K­1 Hệ số dẫn nhiệt hơi(250C) 14,07mW.m­1.K­1 Giới hạn nổ trong không khí 5,5­44 vol III.TÍNH CHẤT HOÁ HỌC Metanol là hợp chất đơn giản đầu tiên trong dãy đồng đẳng nhóm OH. Các phản ứng của Metanol đi theo hướng đứt liên kết C­ O hoặc O­H và được đặc trưng bởi sự thay thế nguyên tử H hay nhóm OH trong phân tử : Một số phản ứng đặc trưng: 1. Phản ứng Hydro hoá: CH3OH +H2  CH4 + H2O + Q , H =­159 kJ/ mol 2. Phản ứng tách nước 0 2 CH3O t , xt CH3 ­ O ­ CH3 + H2O to : 140o xt : H2SO4 đặc 3. Phản ứng ôxi hoá : Khi ôxi hoá Metanol trên xúc tác kim loại ( Ag , Pt ,Cu) hay xúc tác ôxit ( Fe, Mo) hoặc hỗn hợp ôxit (V ­Mo, Fe­Mo, Ti­ Mo ) trong điều kiện thích hợp ta thu được Formandehyde và các sản phẩm phô : 0 CH3 OH+ 1/2 O2 t  CH2 O + H2 O + Q , H = ­159 KJ/mol , xt Nếu ôxi hoá sâu hơn sẽ tạo ra axit formic: Lương Huy Công Lớp Hóa dầu I – K44
  17. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất Formalin 0 CH3 OH + O2 t  HCOOH +H2 O , xt  Nếu oxi hoá hoàn toàn thu được CO2 và H2O 0 CH3OH +1/2 O2 t  CO +H2O , xt  0 CH3OH +O2 t CO2 + H2O xt 4. Phản ứng dehydro hoá: CH3OH CH2O + H2 IV.Tiêu chuẩn nguyên liệu để sản xuất Formalin trên xúc tác bạc(Ag). Nguyên liệu dùng để sản xuất Formalin bao gồm không khí, sạch nước mềm, Metanol kỹ thuật. 1.Không khí: Không khí trước khi đưa vào phản ứng cần được lọc bụi và rửa sạch các tạp chất có thể làm ngộ độc xúc tác, thành phần chủ yếu là Nitơ 79%, oxy=21% thể tích. 2. Nước: Nước trước khi đưa vào thiết bị phản ứng phải được làm sạch các tạp chất có hại, phải được xử lý làm mềm nước bằng các biện pháp khác nhau. Các chỉ tiêu của Matanol kỹ thuật: Thành phần Quy định Hàm lượng metanol >99,85% Tỷ trọng, d420 0,7928 g/cm3 Khoảng nhiệt độ sôi cực đại 10C Hàm lượng Aceton và Acetandehyt
  18. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất Formalin Hàm lưọng nước
  19. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất Formalin Có 3 quá trình sản xuất formandehyde từ methanol. 1. Quá trình oxy hoá một phần và dehydro hoá một phần với không khí trong sự có mặt của xúc tác Ag, hơi nước và MeOH ở 680 đến 720oC (Quá trình BASF, độ chuyển hoá MeOH=97 98%). 2. Oxy hoá và dehydro hoá với một phần không khí trong sự có mặt của sợi lưới bạc hoặc bạc tinh thể, hơi nước và MeOH ở 600  650oC (độ chuyển hoá ban đầu của MeOH =77 78%). Quá trình chuyển hoá kết thúc bằng quá trình chưng cất các sản phẩm và tuần hoàn MeOH chưa phản ứng. 3.Chỉ oxy hoá với không khí trong sự có mặt của oxy cải biến Mo­V ở 250  o 400 C (độ chuyển hoá MeOH = 9899%). Quá trình chuyển hoá proan, butan, etylen, propylene, butylen hoặc các ete để tạo thành Formandehyde không được sử dụng trong công nghiệp vì tính không kinh tế của nó. Quá trình hydro hoá CO hay oxy hoá metan còng Ýt được sử dụng trong công nghiệp vì các quá trình này cho năng suất thấp. Quá trình sản xuất Formandehyde từ methanol có thể được dùng qua ba con đường trên.Tuy nhiên nếu methanol ban đầu có ngậm nước hoặc quá trình sản xuất diễn ra tại áp suất thấp thì đi theo con đường thứ nhất. Methanol trước khi sử dụng phải được loại bỏ tạp chất vô cơ. I. Qúa trình sản xuất Formalin sử dụng xúc tác bạc. Quá trình sử dụng xúc tác Ag cho việc chuyển hoá methanol để tạo thành fomandehyde thường được tiến hành ở áp suất khí quyển và nhiệt độ 680­7200C. Nhiệt độ của phản ứng còn phụ thuộc vào lượng dư của Metanol trong hỗn hợp với không khí. Sự tạo thành của hỗn hợp này phảI nằm ngoài giới hạn nổ (Giới hạn nổ trên của hỗn hợp là 44% Metanol). ở điều kiện đó xảy ra các phản ứng chính dehydro hoá và oxi hoá sâu: CH3OH  CH2O + H2 , H=84KJ/mol (1) H2 + 1/2O2  H2O, H = ­243KJ/mol (2) CH3OH + 1/2O2  CH2O + H2O , H = ­169KJ/mol (3) Phạm vi mét trong ba phản ứng có thể tiến hành còn phụ thuộc vào thông số của quá trình. Ngoài các phản ứng chính trên ở điều kiện nhiệt độ cao và có mặt oxi còn xảy ra các phản ứng phụ sau: CH2O + 1/2O2  CO + H2O (4) Lương Huy Công Lớp Hóa dầu I – K44
  20. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất Formalin CH3OH + 3/2O2  CO2 + H2O (5) CH2O + 1/2 O2  HCOOH (6) Hằng số cân bằng của phản ứng được mô tả nh­ sau: 4600 log K p   6.47 T Từ các thông số nhiệt động đã đưa ra ở các phản ứng trên. Nghiên cứu động học với Ag trên một chất mang đã chỉ ra rằng: Sự tạo thành formaldehyde là một hàm của sự tập trung oxy và lượng oxy còn lại trên bề mặt sau thời gian phản ứng. dC F  K .C 0 dt Trong đó: CF: Nồng độ formaldehyde C0 : Nồng độ oxy K: hằng số tốc độ phản ứng. t : Thời gian. Việc tổng hợp xúc tác Bạc được tiến hành dưới điều kiện rất khắt khe. Nhiệt độ đo trên bề mặt còng nh­ trong xúc tác, nhiệt độ mà ở đó metanol chiếm ưu thế so với nhiệt độ mà ở đó formaldehyde chiếm ưu thế chỉ khác nhau một vài độ C. Oxy trong không khí được cho vào phản ứng toả nhiệt để điều chỉnh nhiệt độ oxy(pư 2).Mặc dù phản ứng(4),(5),(6) có xảy ra. Hơn nữa lượng oxy không khí đưa vào với mong muốn điều chỉnh nhiệt độ phản ứng(1). Ngoài nhiệt độ và xúc tác còn có những nhân tố khác ảnh hưởng đến năng suất formaldehyde và mức độ chuyển hoá metanol đó là khí trơ. Nước cũng có mặt trong hỗn hợp đầu dưới dạng hơi metanol. Nước và nitrơ còng có mặt trong hỗn hợp đầu khi chúng tuần hoàn quay trở lại thì sẽ pha loãng hỗn hợp ban đầu. Lượng formaldehyde thu được từ phản ứng (1)đến (6) có thể được tính toán từ sự tạo thành thực tế của các thiết bị phản ứng và phương trình sau: 1  Hiệu suất (mol,%) = 100 1  r  %CO2   %CO     0.528(% N 2 )  (% H 2 )  3(%CO2 )  2(%CO)  r: Là tỷ lệ của phân tử trong phản ứng. Phương trình này cũng tính toán được hydro và oxy dư và sự tạo thành các sản phản phụ. 1.Công nghệ chuyển hoá hoàn toàn Metanol (Công nghệ BASF) Lương Huy Công Lớp Hóa dầu I – K44
nguon tai.lieu . vn
Thạc sĩ - Tiến sĩ - Cao học Công nghệ thông tin Kinh tế - Thương mại Tài chính - Ngân hàng Kiến trúc - Xây dựng Điện-Điện tử-Viễn thông Cơ khí - Chế tạo máy Công nghệ - Môi trường Báo cáo khoa học Quản trị kinh doanh Khoa học xã hội Khoa học tự nhiên Nông - Lâm - Ngư Y khoa - Dược