Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế phân xưởng sản xuất Butadien

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xƣởng sản xuất Butadien LỜI CẢM ƠN Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp vừa qua, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cô giáo hƣớng dẫn : PGS. TS Nguyễn Thị Minh Hiền. Ngƣời đã tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Em xin chân thành cảm ơn đến toàn thể các thầy giáo, cô giáo trong bộ môn Công Nghệ Hữu Cơ - Hóa Dầu, Trƣờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội đã trang bị cho em những kiến thức bổ ích trong suốt thời gian học tập nghiên cứu để hoàn thành tốt bản đồ án này. Tuy nhiên, do điều kiện nghiên cứu còn hạn chế, kiến thức còn chƣa sâu, kinh nghiệm chƣa có cùng với thời gian có hạn nên đồ án tốt nghiệp này không tránh khỏi nhiều thiếu sót. Mong các thầy cô giáo, các bạn đồng nghiệp cùng các bạn đọc thông cảm, giúp đỡ em để bản đồ án đƣợc hoàn thiện hơn. Hà Nội, Ngày tháng 6 năm 2003 Sinh Viên Phan Văn Nghĩa SV: Phan Văn Nghĩa 1 Trƣờng ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xƣởng sản xuất Butadien MỞ ĐẦU Butadien 1,3 còn gọi là divinyl, năm 1867 Bepmen đã điều chế bằng cách nhiệt phân hỗn hợp khí etylen (C2H4) và axetylen (C2H2), Lebeder đã trùng hợp divinyl để đƣợc cao su vào năm 1910, phát minh của Lebeder làm cho việc nghiên cứu và áp dụng vào sản xuất divinyl phát triển mạnh. Butadien đƣợc sản xuất từ nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau. Khi mới bắt đầu sản xuất trong giai đoạn chiến tranh thế giới thứ hai, ngƣời ta sử dụng các loại nguyên liệu nhƣ : buten, n-butan, xăng (naphta), etanol, axetylen… Nhƣng hiện nay công nghiệp sản xuất butadien mang lại hiệu quả kinh tế lớn nhất là đi từ n-butan hoặc hỗn hợp butan và buten. Butadien 1,3 có công thức CH2 = CH – CH = CH2 là chất khí không màu, ngƣng tụ thành chất lỏng ở nhiệt độ – 4,3oC (1atm), tạo thành hỗn hợp nổ với không khí trong giới hạn nồng độ 2 - 11,5% thể tích. Butadien 1,3 là monome quan trọng dùng để sản xuất cao su tổng hợp (cao su poli butadien (BR) ), và có khả năng đồng trùng hợp với nhiều monome khác nhƣ Styren (C6H5 – CH = CH2),  - metyl Styren hay acrylonitryl (CH2 = CH – CN), sẽ tạo ra các sản phẩm có giá trị trong thực tiễn nhƣ là cao su acrylonitryl butadien (SDR), cao su butadien – nitril. Phần lớn các cao su này đều có tên gọi chung và đƣợc dùng rộng rãi để chế tạo lốp, và các chi tiết của nghành công nghệ cao su khác. Cao su butadien - nitril có đặc điểm nổi bậc là tính bền cao và sử dụng để sản xuất các chi tiết đặc biệt. Từ những tính năng và công dụng của cao su. Vì thế butadien rất cần thiết cho công nghiệp hoá chất để sản xuất ra cao su, nhựa đáp ứng đủ nhu cầu sử dụng trong nƣớc cũng nhƣ xuất khẩu. Trong phạm vi đồ án này, cần làm những vấn đề sau: - Phần I: Nêu tính chất vật lý và hoá học của butadien. SV: Phan Văn Nghĩa 2 Trƣờng ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xƣởng sản xuất Butadien - Phần II: Tổng quan về quá trình sản xuất butadien. - Phần III: Tính toán công nghệ. - Phần IV: Tính toán kinh tế. - Phần V : Thiết kế xây dựng. - Phần VI: An toàn lao động và bảo vệ môi trƣờng. SV: Phan Văn Nghĩa 3 Trƣờng ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xƣởng sản xuất Butadien PHẦN I. TÍNH CHẤT VẬT LÝ VÀ HÓA HỌC CỦA BUTADIEN I. TÍNH CHẤT VẬT LÝ: Butadien là chất khí không màu ở điều kiện thƣờng. Tính chất vật lý quan trọng nhất đƣợc thống kê ở bảng 2. Bảng 1. Tính chất vật lý của butadien Khối lƣợng phân tử Điểm sôi ở 0,1013 MPa Điểm kết tinh ở 0,1013 MPa Nhiệt độ tới hạn áp suất tới hạn Tỉ trọng tới hạn Tỉ trọng, lỏng, ở OoC ở 15oC ở 20oC ở 25oC Tỉ trọng tƣơng đối khí với không khí (không khí = 1) Độ nhớt, lỏng, ở OoC ở 40oC Entanpi của hơi ở 25oC ở - 4,41oC Entanpi tạo thành, thể khí, ở 298oK; 0,1013 MPa Entanpi tự do tạo thành, thể khí, ở 298oK; 0,1013 MPa Entanpi đốt cháy, thể khí, ở 298oK; 0,1013 MPa Entanpi hydro hóa tới butan thể khí, ở 298oK; 0,1013 MPa Entropi tạo thành, thể khí, ở 298oK; 0,1013 MPa 54,092 - 4,411oC - 108,902oC 152oC 4,32 MPa 0,245 g/cm3 0,6452 g/cm3 0,6274 g/cm3 0,6211 g/cm3 0,6194 g/cm3 1,9 0,25 MPa 0,20 MPa 20,88 kJ/mol 21,98 kJ/mol 110,16 kJ/mol 150,66 kJ/mol 2541,74 kJ/mol 236,31 kJ/mol 278,74 J. mol-1.K-1 Entanpi nóng chảy ở 164,2 oK ; 0,1013 MPa 7,988 kJ/mol SV: Phan Văn Nghĩa 4 Trƣờng ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xƣởng sản xuất Butadien Bảng 2. Áp suất hơi của butadien tương ứng với nhiệt độ ToC - 4,413 0 20 P, MPa 0,1013 0,1173 0,2351 40 60 0,4288 0,7248 80 100 1,1505 1,7342 Thông số công nghệ quan trọng để an toàn trong sản xuất là điểm chớp lửa (-85oC), nhiệt độ khơi mào là 415oC, và các giới hạn nổ khi hỗn hợp với không khí và oxy. Bảng 3. Các giới hạn nổ của butadien trong không khí. ở 0,1013 MPa, 20oC ở 0,4904 MPa, 30oC Giới hạn dƣới Giới hạn trên % thể tích g/m3 1,4 31 16,3 365 % thể tích g/m3 1,4 150  2,2  2400 Bảng 3 cho ta biết ở điều kiện và áp suất nhất định nếu phần trăm thể tích của butadien trong hỗn hợp với không khí nằm trong khoảng giới hạn dƣới và giới hạn trên thì hỗn hợp sẽ gây nổ, hỗn hợp không ổn định. Bảng 4. Độ hòa tan của butadien trong nước ở 0,1013 MPa và độ hòa tan L của nước trong butadien lỏng. T, oC , m3 / m3 10 0,29 20 0,23 30 0,19 40 0,16 h, g H2O / kg butadien 0,53 0,66 0,52 0,82 Butadien hòa tan kém trong nƣớc, ở bảng 5 butadien hòa tan trong metanol và etanol và tan nhiều trong các dung môi phân cực điểm sôi cao, ví dụ nhƣ metylpyrolidon ( C5H9NO). SV: Phan Văn Nghĩa 5 Trƣờng ĐHBK Hà Nội ... - tailieumienphi.vn