Đang tải... (xem toàn văn)
Qua các quá trình nghiên cứu về phụ gia pha xăng, các nhà sản xuất đã tìm ra các loại phụ gia như MTBE, TBA, Etanol, Metanol... Trong đó MTBE được sử dụng nhiều với các ưu điểm nổi bật. Để tìm hiểu sâu hơn về vấn đề này mời các bạn tham khảo Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế phân xưởng sản xuất MTBE với năng suất 25000t/năm.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ mơn Hữu hố dầu MỞ ĐẦU Xăng nhiên liệukhông thể thiếu cho phát triển kinh tế - xã hội quốc phòng quốc gia Với phát triển mạnh mẽ khoa học kỹ thuật, nhà nghiên cứu tìm nhiều loại động xăng có ưu điểm tỷ số nén cao, tốn nhiên liệu, hiệu suất cao nhằm đáp ứng đòi hỏi sống đại Cùng với phát triển động xăng kdmf theo đòi hỏi nhiên liệu xăng có chất lượng tốt cho loại động Một tiêu chất lượng quan trọng nhiên liệu xăng tiêu khả chống lại cháy kích nổ Đặc trưng cho tiêu gọi trị số octan Như ta biết xăng động lấy trực tiếp từ trình chưng cất trực tiếp dầu mỏ có Izo - parafin thơm, nhiều n - parafin nên có trị số octan thấp (khoảng 30 - 60) u cầu trị số octan cho xăng động tiên tiến phải lớn 70 Vì xăng chưng cất trực tiếp từ dầu mỏ không đáp ứng yêu cầu cho động mà phải dùng biện pháp khác để nâng cao chất lượng xăng Có nhiều biện pháp nâng cao trị số octan nhiên liệu xăng dùng phù gia chì: Tertrametyl chì (TML), Tetraetyl chì (TEL) vấn đề nảy sinh thải có PBO độc hại với người Do ngày nay, phụ gia chì khơng sử dụng Qua trình nghiên cứu phụ gia pha xăng, nhà sản xuất tìm loại phụ gia MTBE, TBA, Etanol, Metanol Trong MTBE sử dụng nhiều với ưu điểm bật: + An toàn + Pha chế lớn + Sử dụng nguy hiểm + gây cháy nổ Đề tài "Thiết kế phân xưởng sản xuất MTBE với suất 25000t/năm" đề tài phức tạp công nghệ nguyên liệu sản xuất Em cố gắng tìm tòi tài liệu vận dụng kiến thức thầy cô truyền đạt để hoàn thành đồ án Song với kiến thức hạn chế nên khơng tránh khỏi thiếu sót, em mong thầy, bạn đóng góp ý kiến bảo nhiều Em xin chân thành cảm ơn thầy cô bạn SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ mơn Hữu hố dầu PHẦN I GIỚI THIỆU VỀ MTBE I GIỚI THIỆU CHUNG MTBE (Metyl - tert - Butyl - E ther) có cơng thức cấu tạo là: CH3 H3C - C - O - CH3 CH3 Là chất lỏng khơng màu, có mùi Terpence tan nước, khả bay thấp Nó có tính chất pha trộn tương tự tính chất xăng, pha vào xăng làm giảm lượng co giảm lượng khói xả II TÍNH CHẤT VẬT LÝ VÀ TÍNH CHẤT HĨA HỌC CỦA MTBE II.1 Tính chất vật lý [1-243] Trọng lượng phân tử 88,15 (g) Nhiệt độ nóng chảy - 108,6 (0C) Nhiệt độ sôi 55,3 (0C) Tỷ trọng 20oC 1,3692 Hằng số điện môi (200C) 0,36 (Mpa/s) Sức căng bề mặt (200C) 20 (mN/m) Nhiệt nóng chảy (200C) 2,18 (Kj/kg.k) Nhiệt hóa 337 (kj/mol) Nhiệt tạo thành (250C) - 314 (kJ/mol) Nhiệt cháy - 34,88 (Mj/kg) Nhiệt độ chớp cháy - 280C Nhiệt độ bóc cháy xi lanh 4600C Giới hạn nổ khơng khí 1,65 - 8,4 2240C Nhiệt độ tới hạn áp suất tới hạn 3,43(Mpa) SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn Hữu hoá dầu Bảng 1: áp suất hơi, tỷ trọng độ hòa tan nƣớc MTBE [1-243] T0C Phơi (kPa) Độ hòa tan % khối lượng Tỷ trọng Nước MTBE MTBE nước 10,8 0,7613 1,19 7,3 10 17,4 0,751 1,22 5,0 12 0,7489 15 0,7458 20 26,8 0,7407 1,28 3,3 30 40,6 0,7304 1,36 2,2 40 60,5 1,47 1,5 II.2 Tính chất hóa học [1-342] MTBE có đầy đủ tính chất ete thơng thường tồn mơi trường axit, bazơ nhẹ, trung tính mơi trường bazơ mạnh bị phân hủy thành metenol izobuten Bảng 2: Hỗn hợp đẳng phí hai cấu tử Nhiệt độ sôi 0C Lượng MTBE % khối lượng MTBE - nước 52,6 96 MTBE - Metanol 51,6 86 MTBE - Metanol (1MPa) 130 68 MTBE - Metanol (2,5MPa) 175 54 Hỗn hợp SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ mơn Hữu hố dầu PHẦN II CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT MTBE TỪ TBA I NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT MTBE I.1 Metanol [1] a) Giới thiệu Metanol Metanol gọi metyl alkol carbinol rượu gỗ có cơng thức hóa học CH3OH Khối lượng phần tử 32,042 Metanol rượu đơn giản dãy đồng đẳng rượu no đơn chức Lần vào năm 1661 Robert Boyle thu Metanol cất giấm gỗ rửa vôi Công thức cấu tạo Metanol: H H - C - OH H b) Tính chất vật lý metanol Khối lượng riêng, f(101,3 KPa) lỏng + 00 0,81 (g/cm3) + 250C 0,78664 (g/cm3) + 500C 0,7637 (g/cm3) áp suất tới hạn 8,097 (MPa) Nhiệt tới hạn 239,490C Tỷ trọng tới hạn 0,2715 (g/cm3) Thể tích tới hạn 117,9 (cm3/mol) Nhiệt độ nóng chảy (101,3 KPa) 100,3 (Kj/kg) Nhiệt độ sôi 64,70C Nhiệt độ bay (101,3KPa) 1128,8 (Kj/kg) Độ nhớt (250C) SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn Hữu hoá dầu + Lỏng 0,5513 (MPa.s) + Hơi 9,68.10-3 (MPa.s) Hằng số điện môi (250C) 32,65 Nhiệt độ chớp cháy cốc kín 12,20C Nhiệt độ chớp cháy cốc hở 15,60C Sức căng bề mặt khơng khí (250C) 22,1 (mN/m) Giới hạn nổ khơng khí 5,5 - 44 Nhiệt độ bốc cháy 4700C c) Tính chất hóa học Metanol chất lỏng khơng màu, phân cực Nó có khả phản ứng định nhóm chức hydroxit (- O.H) Các phản ứng metanol xảy liên kết C - H O-H, đặc trưng thay gốc: - H gốc - OH Các phản ứng quan trọng công nghiệp metanol Phản ứng đề hydrohóa, oxy hóa Phản ứng với axit Phản ứng este hóa Phản ứng cơng hợp với liên kết khơng no Phản ứng xảy với góc hydroxyl (-OH) d) Phương pháp tổng hợp metanol [12] + Oxy hóa trực tiếp metan (CH4) 2CH4 + O2 2CH3OH Phản ứng xảy theo chế chuỗi gốc CH3 + O CH3O CH3O HCHO + H CH3O + CH4 CH3OH + CH3 Phản ứng thực T0 = 400 - 7000C P = 0,1 - 0,15 MPa Xúc tác Fe, Ni, Cu SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ mơn Hữu hố dầu + Tổng hợp metanol từ tổng hợp Metanol sản xuất theo phản ứng sau: CO + 2H2 = CH3OH CO2 + 2H2 = CH3OH +H2O CO2 + H2 = CO + H2O Quá trình thực T0 = 200 - 400 MPa + Nếu áp suất cao P = 25 - 30MPa + Nếu áp suất trung bình P = 10 - 25 MPa + Nếu áp suất thấp P = - 10 MPa Xúc tác Cu, Cu - Al2O3, Cu - ZnO Hỗn hợp khí tổng hợp sử dụng nhận từ trình Refoming nước gồm 15% CO, 8% CO2, 74% H2, 3% CH4 I.2 Terbutyl - Ancol (TBA) a) Tính chất vật lý TBA [3] TBA chất lỏng khơng màu, hòa tan TBA hồn tồn nước, hòa tan với dung mơi hữu Các đại lượng vật lý TBA Nhiệt độ nóng chảy 25,60C Nhiệt độ sơi 82,550C Tỷ trọng (200C) 0,7867 Độ nhớt (200C) 3,3 (mPa.S) Nhiệt nóng chảy 3,035 (J/g.k) Nhiệt hóa 535,78 (J/g) Nhiệt bốc cháy 91,61 (J/g) Nhiệt cháy 35,588 (kj/g) Nhiệt độ chớp cháy 110C Nhiệt độ bốc cháy xi lanh 4700C b) Tính chất hóa học [3] TBA có cơng thức cấu tạo: SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn Hữu hoá dầu CH3 H3C - C - OH CH3 + Tham gia phản ứng dehydrat hóa CH3 CH3 H3C - C - OH H2C = C + H2O CH3 CH3 + Tham gia phản ứng ankyl hóa + Tham gia phản ứng với axit hữu axit vô c Các nguồn TBA [13] + TBA lấy từ q trình hydrat hóa - metyl propen, xúc tác H2SO4 65% + TBA lấy từ trình sản xuất propylen oxit CH3 H3C - C - H + 3O2 CH3 CH3 CH3 2CH3 - C - O - OH + 2H3C - C - OH CH3 CH3 CH3 H3C - C - OOH + CH2 = CH - CH3 H3C - CH - CH2 O CH CH3 + H3C - C - OH CH3 Quá trình sản xuất propylen oxit (PO) theo phương pháp cho sản lượng propylen (PO) khoảng 1000000 (tấn/năm) sản phẩm phụ TBA thu lớn khoảng 2,5 - 3,5 kg (TBA) kg (PO) I.3 Izobuten [3] a Tính chất vật lý [3] SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ mơn Hữu hố dầu iZobuten chất khí khơng màu, cháy nhiệt độ thường áp suất khí Nó hòa tan vơ hạn rượu, ete hydrocacbol tan nước Dưới số tính chất lý học: Nhiệt độ sôi (101,3 Kpa) - 6,90C Nhiệt độ nóng chảy 101,3 KPa) - 140,30C Tỷ trọng: + Trạng thái lỏng (250C) 0,5879 + Trạng thái khí 2,582 Nhiệt hóa (250C) 366,9 (j/kg) Nhiệt dung riêng + Khí lý tưởng 1589 (J/kg.k) + Lỏng (101,3 KPa) 2335 (J/kg.k) b Tính chất hóa học izobuten + Phản ứng công nước tạo tert - bytyl - Ankol (TBA) CH3 H2C = C CH3 H+ + H2O H3C - C - OH CH3 CH3 + Phản ứng với rượu tạo ete CH3 CH3 H+ H2C = C+ CH3OH H3C - C - O - CH3 CH3 CH3 + Tham gia phản ứng oligome hóa tạo olefin mạch dài: + Tham gia phản ứng trùng hợp tạo polyme + Tác dụng với O2 (phản ứng oxy hóa) c Các nguồn izobuten [13] + izobuten lấy từ phân đoạn C4 từ trình crăcking (Raffirat - 1) Hỗn hợp bytylen có hàm lượng izobutylen đủ lớn, hàm lượng izobuten chiếm tới 40% SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ mơn Hữu hố dầu + izobuten lấy từ phân đoạn C4 trình crăcking xúc tác lớp vôi Nồng độ izobuten thấp + Izobuten lấy từ q trình dehydrat hóa TBA + Izobuten từ q trình dehydro hóa izobutan xúc tác T0= 500 7000C + Nguồn đầu đáp ứng 24% cho sản xuất MTBE + Nguồn thứ hai đáp ứng khoảng 28% cho sản xuất MTBE + Nguồn thứ hai nguồn cung cấp chủ yếu cho sản xuất MTBE nguồn sản phẩm phụ trình sản xuất protylen oxit + Nguồn thứ tư bị hạn chế điều kiện tiến hành không thuận lợi (xúc tác nhanh giảm hoạt tính ) Nguồn thứ thứ hai có nhiều triển vọng q trình crăcking crăcking xúc tác khơng thể thiếu nhà máy chế biến dầu Bảng 3: Hàm lƣợng cấu tử phân đoạn C4 trình cracking xúc tác Các cấu tử Raffinat - % V FCC - BB (%V) Izobutan 36 N - butan 12 13 Izobuten 44 15 Buten 24 12 Cis - buten - Tran - buten - 14 Butadien 1-3 0,5 0,3 Bảng 4: Công suất MTBE năm 1995 vùng vịnh Cơng suất Nguồn ngun liệu Khí mỏ bu tan Tấn (năm) Thùng (ngày) 800.000 20.000 SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ mơn Hữu hố dầu Khí crăcking nước 100.000 2.500 Khí crăcking xúc tác 80.000 2.000 1.000.000 25.000 TBA II CÁC HƢỚNG SẢN XUẤT MTBE [13] Hƣớng Phân xưởng sản xuất MTBE CH3OH Rafinat - 1(C4) Hƣớng 2: Phân xưởng sản xuất MTBE CH3OH FCC(C4) MTBE Đây nguồn nguyên liệu truyền thống thường sử dụng phân xưởng sản xuất MTBE giới Sở dĩ q trình sản xuất từ hỗn hợp khí rafinat FCC trình phổ biến trước q trình có giá thành sản xuất rẻ, nguyên liệu sản phẩm thứ yếu q trình lọc dầu Và sử dụng làm nguyên liệu trực tiếp để sản xuất MTBE Tuy nhiên sợi hạn chế kỹ thuật số lượng nguyên liệu mà phương pháp dần thay - Một số công nghệ dùng nguyên liệu là: + Công nghệ CD - TECH + Công nghệ Philips + Công nghệ Sramprogetti Hƣớng 3: Q trình n butan izome hóa izobutan Q trình dehydro hóa SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 CH3OH PXSX MTBE MTBE 10 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ mơn Hữu hố dầu Q3,IB = 34855,2 - 886,07 z (Kcal/h) + Lượng nhiệt H2O mang khỏi zon là: Q3,nước = G3,nước CP,nước t3 (Kcal/h) Q3,nước = 12,5 0,9998 100 = 1250 (Kcal/h) + Lượng nhiệt n-buten (buten -1, buten -2) khỏi zon là: Q3,n-buten = Gn-buten Cp,n-buten T3 (Kcal/h) G3,n-butennn = 19,88 (kg/h) CP,n-buten = 0,44 (Kcal/kg độ) Q3,n-buten = 19,88 0,4 100 = 874,72 (Kcal/h) Q31 = Q3,MTBE + Q3,MeoH + Q3,IB + Qn-buten + Q3,nước = 103366,65 + 1782,14 z + 44098,48 - 1015,57 z + 38455,2 - 886,07 z + 1250 + 874,72 = 188620,23 - 119,3 z (Kcal/h) Q34 = 1% Q33 = 1886,2 - 1,195.z (Kcal/h) Từ phương trình cân nhiệt ta có: Q31 + Q32 = Q33 + Q34 100827,94 + 3107 = 188620,23 - 119,5.z + 1886,20 - 1,195.z 3238,47 y = 91388,54 z = 28,4 Bảng 11: Cân nhiệt lƣợng cho zon Vào Ra Q11 101659,14 Q13 188801,11 Q12 8888,50 Q14 1888,01 Tổng 190541,64 Tổng 190689,12 SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 44 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn Hữu hoá dầu Bảng 12: Cân nhiệt lƣợng cho zon Vào Ra Q21 101228,91 Q23 185953,13 Q22 87017,84 Q24 1859,53 Tổng 188246,75 Tổng 188246,66 Bảng 13: Cân nhiệt lƣợng cho zon Vào Ra Q31 100827,94 Q33 187491,02 Q32 88263,50 Q34 1874,12 Tổng 189091,14 Tổng 189071,14 II.3 Cân nhiệt lƣợng thiết bị làm lạnh trung gian thiết bị đẳng nhiệt Ta có phương trình cân nhiệt thiết bị làm lạnh trung gian Q41 + Q42 = Q43 + Q44 Trong đó: Q41: nhiệt lượng hỗn hợp lỏng mang vào Thiết bị làm lạnh trung gian (kcal/h) Q43: Nhiệt lượng hỗn hợp lỏng mang khỏi thiết bị (kcal/h) Ta có: Q41 = Q23 = 185953,13 (kcal/h) Q43 = Q31 = 100827,94 (kcal/h) Q44 = 1% Q43 = 1008,27 (kcal/h) Q42 = 100827,94 + 1008,27 - 185953,13 (kcal/h) = - 84116,92 (Kcal/h) Vậy để đảm bảo cho phản ứng xảy khoảng nhiệt độ 600C < t < 1000C cần phải lấy - 84116,92 (kcal) II.4 Kiểm tra nhiệt độ hỗn hợp phản ứng khỏi zon vào zon a) Xác định nhiệt độ sản phẩm - nguyên liệu khỏi zon SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 45 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ mơn Hữu hố dầu Hỗn hợp sản phẩm - nguyên liệu khỏi zon bao gồm + MTBE : GMTBE = 25,16 x 28,6% x 88 = 884,9 (kg/h) + MeOH : GMeOH = (38,67 - 35,16 x 28,6%) x 32 = 915,65 (kg/h) + IB: GIB = 35,16 x (1-28,6%) x 56 = 1405,83 (kg/h) + H2O: GH2O = 12,5 (kg/h) + n- buten : Gn - buten = 19,88 (kg/h) Nhiệt độ sản phẩm - nguyên liệu khỏi zon xác định theo công thức sau: T* = Q13 G i C i Do chưa biết xác nhiệt độ hỗn hợp sản phẩm nguyên liệu nên ta xác định CP 1000C Tại 1000C ta có: CP,MTBE = 0,576 (kcal/kg độ) CP,MeOH = 0,821 (kcal/kg độ) CP,IB = 0,45 (kcal/kg độ) CP, nước = 0,9998 (kcal/kg độ) CP, n - buten = 0,44 (kcal/kg độ) GiCi = 1915,13 T* = 18801,11 98,720 C 1915,13 Ta thấy T tăng Cp tăng nhiệt độ thực tế hỗn hợp sản phẩm - nguyên liệu khỏi zon lớn T* Do ta chọn nhiệt độ hỗn hợp sản phẩm nguyên liệu khỏi zon = 1000 b) Xác định nhiệt độ hỗn hợp sản phẩm vào zon3 Hỗn hợp sản phẩm - nguyên liệu vào zon bao gồm: + MTBE : GMTBE = 1754,24 (kg/h) SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 46 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ mơn Hữu hố dầu + MeOH: GMeOH = 544,91 (kg/h) + IB : GIB = 854,56 (kg/h) + H2O: GH2O = 12,5 (kg/h) + n - buten: Gn-buten = 19,88 (kg/h) Do chưa biết xác nhiệt độ sản phẩm - nguyên liệu vào zon nên ta lấy nhiệt dung riêng 1000C để tính GiCi = 1861,88 (Kcal/kg.độ) Nhiệt độ sản phẩm - nguyên liệu vào zon xác định theo công thức sau: T* = 100827,94 550 C 1861,88 Khi tăng T Cp tăng nhiệt độ thực tế hỗn hợp sản phẩm nguyên liệu vào zon lớn T* Nên chọn nhiệt độ hỗn hợp sản phẩm - nguyên liệu t = 600C III TÍNH TỐN SƠ BỘ THIẾT BỊ PHẢN ỨNG CHÍNH III.1 Tính thể tích làm việc thiết bị phản ứng *Tính số vận tốc: Q trình ete hóa sử dụng xúc tác Amberlyst 15 Các thông số lấy từ bảng Vận tốc phản ứng: W = r c Trong đó: r = 0,0151 mol/h mequir c = 4,75 mequiv/gxt W = 0,072 (mol/h.gxt) Ta có vận tốc phản ứng phụ thuộc vào nồng độ chất tham gia phản ứng số tốc độ W = K x C x C2 K= W C1 C2 SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 47 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ mơn Hữu hố dầu Với C1 : nồng độ izo C4H8 sau phản ứng C2 : nồng độ CH3OH sau phản ứng K : số vận tốc Vận tốc phản ứng đo phản ứng metanol izobuten nồng độ 45 55% Ta lấy 50%V, lít nguyên liệu: Ta có: izobuten = 0,588 (g/cm3) = 588 (g/l) = 10,5 mol/l metanol = 0,764 (g/cm3) = 0,764(g/l) = 23,875 (mol/l) Vậy lít izo C4H8 có 10,5 mol C4H8 lít metanol có 23,875 mol metanol Gọi b nồng độ phần mol izo C4H8 lít dung dịch hỗn hợp (1 -x) thành phần mol metanol Với tỷ lệ metanol/izo C4H8 = 1,1/1 Ta có: (1-x) 23,875 = 1,1.x 10,5 x = 0,67 Như lít nguyên liệu ta có: 0,67 x 10,5 x 0,5 = 3,5175 (mol IB) Số mol metanol lít hỗn hợp 3,5175 x 1,1 = 3,8693 (mol) Đó nồng độ ban đầu Co Nồng độ IB sau phản ứng C1 theo (1) XMeOH = 7,2% C1 = 3,5175 - 3,8673 0,72 C1 = 3,2371 Nồng độ metanol sau phản ứng C2 C2 = 3,8673 - 3,8673 x 0,072 = 3,5889 Vận tốc phản ứng, đọ chuyển hóa thấp - ta Tính Gbình vận tốc phản ứng W = C1TB x C2TB SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 48 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP k= Bộ mơn Hữu hố dầu W 0,072 C1TB C2TB 3,2391 3,517 3,8673 3,5889 * 2 0,072 0,072 l2 3 K= 0,056.10 3,404.3,2284 12,692 mol.gxt.h = 0,0056 10-6 (m3/mol.gxt.h) Khối lượng riêng xúc tác 760 kg/m3.h K = 0,0056 x 10-6 x 760 x 10-3 = m3 m.l h K = 0,004256 (m3/mol.h) *Tính thời gian lưu nguyên liệu Phản ứng tổng hợp MTBE tiến hành điều kiện 600 1000C izo C4H8 + CH3OH MTBE Đây phản ứng bậc 2, ta có biểu thức phương trình động học: - dc dc K c2 k.d d c Trong đó: - thời gian lưu k - số vận tốc phản ứng c - nồng độ kmol/m3, mol/m3 Lấy tích phân hai vế C dc c2 C0 k d 1 k. (**) C C Trong đó: n izoC4H8 : số mol C4H8 hỗn hợp vào thiết bị = 1969,05 (kg/h) = 35,16 (kmol/h) Vh 2v : thể tích hỗn hợp vào thiết bị = 5010,01 (l/h) = 5,010 (m3/h) SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 49 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ mơn Hữu hố dầu Bảng 14: Hỗn hợp ngun liệu vào Cấu tử ,g/l Lượng Lượng V(mol) V,(l/h) (kg/h) kmol/h IB 1969,05 35,16 587,9 0,095 3340,2 CH3OH 1237,63 38,67 763,7 0,042 1624,14 H2O 12,5 0,69 983 0,018 1242 Các C4 19,88 0,35 587,9 0,095 33,25 Tổng 3239,06 74,87 l/mol CH3OH Vậy C0 = 5010,01 35,16.103 3 7,02 10 (mol/m ) 5,01 = 7,02 (kmol/m3) Trong nizo C4H8 : số mol Izo C4H8 hỗn hợp vào V hr2 : Thể tích hỗn hợp khỏi thiết bị Bảng 15: Hỗn hợp sản phẩm khỏi thiết bị phản ứng Cấu tử ,g/l Lượng Lượng V(mol) V,(l/h) (kg/h) kmol/h MTBE 2725,96 30,09 730,4 0,121 3748,19 H2 O 12,5 0,69 983 0,018 12,42 IB dư 295,35 5,27 587,9 0,095 500,65 CH3OH 185,37 5,82 763,7 0,042 224,4 Các C4 19,88 0,35 587,9 0,095 33,25 Tổng 3239,06 44,98 l/mol 4538,91 Vậy V hr2 = 4538,91 (l/h) = 4,538 (m3/h) 5,27.103 C 1,161.103 (mol / m3 ) 4,538 Thay CO, C , k vào công thức (**) SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 50 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn Hữu hoá dầu 1 0,17 (h) 0,005256 1161 7020 * Tính thể tích làm việc thiết bị Vr = m V (m3) Trong đó: m: hệ số dự trữ, lấy m = 1,5 V : thể tích hỗn hợp dòng vào (m3/h) : thời gian lưu (h) Vr = 1,5 x x 0,17 = 1,3 (m3) Tính diện tích bề mặt ngang thiết bị phản ứng Chọn đường kính thiết bị D = 1m Diện tích bề mặt ngang tính theo cơng thức sau: D2 12 3,14 = 0,785 (m) S= 4 Chiều cao làm việc thiết bị Do phản ứng tổng hợp MTBE sảy bề mặt xúc tác nhựa trao đổi ion nên chiều cao lớp xúc tác thiết bị: Chiều cao thiết bị H tính theo cơng thức: H= Vr 1,3 1,7 (m) S 0,785 Tính tốn cho zon phản ứng 4.1 Tính tốn cho zon Gọi Vr1 thể tích làm việc zon H1 chiều cao lớp xúc tác zon Vr1 = m.1 1 (m3) Trong đó: m hệ số dự trữ lấy m = 1,5 1 lưu lượng dòng vào zon (m3/h) 1 = v = (m3/h) 1: thời gian lưu nguyên liệu zon (h) SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 51 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1 = Bộ mơn Hữu hố dầu 1 1 K C1 C0 (***) + Theo tính tốn K = 0,004256 (M3/mol.h) + Nồng độ izo C4H8 hỗn hợp nguyên liệu thời điểm t = 0; C0 = 70,20 (mol/m3) + Nồng độ izo C4H8 hỗn hợp nguyên liệu thời điểm t = 1 tính: Bảng 16: Hỗn hợp sản phẩm khỏi zon Lƣợng Lƣợng (kg/h) (kmol/h) Izo C4H8 1388,19 MeoH (g/l) Vmol V (l/h) 24,78 578,9 0,095 2354,1 911,38 28,48 763 0,042 1196,16 MTBE 897,2 10,19 730,4 0,121 1232,16 n-buten 19,88 0,355 578,9 0,095 33,72 H2O 12,5 0,69 983 0,018 12,42 Cấu tử 4828,49 C1 nIzoC4H8 Vhỗn hợ p zon 24,78 5,132x103 (mol / m3 ) 4,828 thay K, C1, C0 vào (***) 1 1 x = 0,012 (h) 0,004256 5132 7020 Thay m, V, 1 vào phương trình Vr1 = m v 1 = 1,5 x x 0,012 = 0,1 (m3) * Tính chiều cao làm việc zon phản ứng Chiều cao làm việc zon chiều cao lớp xúc tác zon Với đường kính thiết bị D = 1(m), tiết diện ngang thiết bị S=0,785 (m2) Ta tính chiều cao làm việc zon SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 52 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP H1 = Bộ mơn Hữu hố dầu V r1 0,1 0,13 (m) S 0,785 4.2 Tính tốn cho zon Gọi Vr2 thể tích làm việc zon H2 chiều cao lớp xúc tác zon * Vr2 = m V2 2 (m3) Trong đó: m: hệ số dự trữ, m = 1,5 v2 : lưu lượng dòng vào zon (m3/h) v2 = v = (m3/h) 2 : thời gian lưu nguyên liệu zon 2 = 1 1 K C2 C (**) + K = 0,004256 + Nồng độ Izo C4H8 hỗn hợp nguyên liệu thời điểm 1 là: C1 = 5132 (mol/m3) + Nồng độ Izo C4H8 hỗn hợp nguyên liệu thời điểm 2 C2: C2 = nIzoC4H8zon2 Vhrazon2 Bảng 17: Bảng hỗn hợp khỏi zon 2; Cấu tử MTBE Izo C4H8 CH3OH H2O Các C4 (T/chất) Lƣợng (kg/h) 1751,24 854,56 537 12,5 19,88 Lƣợng (kmol/h) 20 15,26 16,68 0,69 0,355 (g/l) Vmol V (l/h) 730,4 587,9 763,7 893 587,9 0,121 0,095 0,042 0,018 0,095 2420 1449,7 700,56 12,42 33,72 4616,46 Vhỗn hợ p zon 4616,4(l / h) = 41616 m3/h SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 53 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP C2 B mụn Hu c hoỏ du nizoC4H8zon2 Vhỗn hỵ p zon 15,26.103 = 3,305 103 (mol/m3) 4,616 Thay K, C2 , C1 vào phương trình (**) 2 1 0,026(h) 0,004256 3305 5132 Thay m V2, 2 vào phương trình: Vr2 = m r2 2 = 1,5 x x 0,026 = 0,2 (m3) * Tính chiều cao làm việc zon chiều cao lớp xúc tác zon Với đường kính thiết bị D = (m), tiết diện ngang thiết bị 0,785 (m) Ta tính chiều cao H2 zon H2 = Vr2 0,2 = 0,26 (m) S 0,785 4.3 Tính tốn cho zon Gọi Vr3 thể tích làm việc zon H3 chiều cao zon lớp xúc tác * Vr3 = m V3 3 Trong đó: m: hệ số dự trữ m = 1,5 v3: lưu lượng dòng vào zon (m3/h) v3 = v = (m3/h) 2: thời gian lưu nguyên liệu sản phẩm zon 3 1 1 (***) K C3 C2 + K = 0,004256 + Nồng độ Izo C4H8 hỗn hợp nguyên liệu thời điểm 2 C2=3305 (mol/m3) + Nồng độ Izo C4H8 hỗn hợp nguyên liệu thời điểm 3 C3 Từ bảng 15 ta có: C3 = C = 1161 (mol/m3) SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 54 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn Hữu hố dầu Thay K, C2, C3 vào phương trình (***) 3 = 1 0,004256 1161 3305 3 = 0,132 (h) Vậy = 1 + 2 + 3 Thay m V3, 3 vào phương trình: Vr3 = m r3 3 = 1,5 x x 0,132 = (m3) Vậy Vr = Vr1 + Vr2 + Vr3 * Tính chiều cao làm việc zon Chiều cao làm việc zon chiều cao lớp xúc tác trng zon Với đường kính D = (m), = 0,785 (m) Ta có: H3 = Vr3 1,3(m) S 0,785 * Vậy kích thước thiết bị phản ứng sau: Chiều cao làm việc thiết bị: H = 1,7 (m) Thể tích làm việc thiết bị Vr = 1,3 (m3) Đường kính thiết bị D = 1(m) Diện tích bề mặt ngang thiết bị S = 0,785 (m0 Chiều cao làm việc zon 1: H1 = 0,1 (m) Thể tích làm việc zon 1: Vr1 = 0,13 (m3) Chiều cao làm việc zon 2: H2 = 0,2 (m) Thể tích làm việc zon 2: Vr2 = 0,26 (m3) Chiều cao làm việc zon 3: H3 = 1,3 (m) Thể tích làm việc zon 3: Vr3 = (m3) SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 55 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ mơn Hữu hố dầu KẾT LUẬN Sau bốn tháng tìm tòi tài liệu đầu tư công sức vào nghiên cứu đề tài thú vị tổng hợp MTBE từ TBA, với giúp đỡ GS.TS Trần Công Khanh bạn bè, em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Qua đợt làm đồ án tốt nghiệp em cảng hiểu sâu sắc nhiều vấn đề cơng nghệ hóa học Tuy cố gắng nhiều, với lượng kiến thức hạn chế nên đồ án khơng tránh khỏi thiếu sót em mong nhận bảo, góp ý thầy cô bạn Một lần em xin chân thành cảm ơn GS.TS Trần Công Khanh hướng dẫn bảo tận tình để giúp em hoàn thành đồ án Hà Nội, ngày 20 tháng năm 2003 Sinh viên: Nguyễn Minh Hải SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 56 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ mơn Hữu hố dầu TÀI LIỆU THAM KHẢO Ull Mann'S encyclopedia of industrial chemistry - Đức 1995 vol A16 Applied catalytis: General 134, (1996) 21 - 36 Ull Mann'S encyclopedia of industrial chemistry - Đức 1995 vol A4 Hydrocacbol procesing May 2000 - 21-36 Ull Mann'S encyclopedia of industrial chemistry - Đức 1995 vol A22 Michael E Pord Marcel Dekker catalyis of organic reaction Inc 2001 ChemBtry of Petrochemical processcs 2nd ed Boston Gulf professional puble 2001 PERP Report, process Evaluation Research planning - Methyl tertiary Butyl - Ether (MTBE) 94/95-4 Catalgsis to day 66 (2001) 225 - 232 10 Raymond E kivk and Donald F othMer Encyclophdia of Chemifcal technology 1989,vol7 11 Hydro/processing Feb 1992, vol 79 N S cabol 12 Nguyễn Thị Minh Hiền - CN chế biến khí - ĐHBK Hà Nội 13 Process Cvaluation réeach plaining (MTBE) 95/95 - 14 Trần Cơng Khanh - Giáo trình tổng hợp hữu - ĐHBK Hà Nội 15 Phan Minh Tân - Giáo trình tổng họp hữu hóa dầu 16 Sổ tay tóm tắt số đại lượng hóa lý - Khoa chức - ĐHBK Hà Nội 17 Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa học tập 1,2 - Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 1982 SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 57 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ mơn Hữu hố dầu MỤC LỤC Trang SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 58 ... SẢN XUẤT MTBE [13] Hƣớng Phân xưởng sản xuất MTBE CH3OH Rafinat - 1(C4) Hƣớng 2: Phân xưởng sản xuất MTBE CH3OH FCC(C4) MTBE Đây nguồn nguyên liệu truyền thống thường sử dụng phân xưởng sản xuất. .. đầu đáp ứng 24% cho sản xuất MTBE + Nguồn thứ hai đáp ứng khoảng 28% cho sản xuất MTBE + Nguồn thứ hai nguồn cung cấp chủ yếu cho sản xuất MTBE nguồn sản phẩm phụ trình sản xuất protylen oxit... nước khỏi thiết bị phân ly là: MH2O = M1,H2O + M2,H2O = 55,284 + 639,27 MH2O = 694,554 (kg/h) A Tại thiết bị phản ứng sản xuất MTBE Cơng đoạn sản xuất MTBE thiết bị đạt 85% nên ta có: n1 ,MTBE =