Đồ án tính toán dây chuyền sản xuất phenol 2021

Thông tin tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3 1.1. Tính chất của phenol 3 1.2. Ứng dụng và tình hình sản xuất, sử dụng phenol 8 1.3. Các phương pháp sản xuất phenol 13 1.4. Hóa học phương pháp sản xuất phenol bằng phương pháp oxi hóa cumen 20 1.5. Công nghệ sản xuất phenol bằng phương pháp oxi hóa cumen 25 1.6. Nguồn nguyên liệu cho quá trình sản xuất 33 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT 36 2.1. Bản vẽ thiết kế 36 2.2. Thuyết minh dây chuyền 36 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT 38 3.1. Tính toán cân bằng vật chất 38

MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tính chất phenol 1.2 Ứng dụng tình hình sản xuất, sử dụng phenol .8 1.3 Các phương pháp sản xuất phenol 13 1.4 Hóa học phương pháp sản xuất phenol phương pháp oxi hóa cumen 20 1.5 Cơng nghệ sản xuất phenol phương pháp oxi hóa cumen 25 1.6 Nguồn nguyên liệu cho trình sản xuất .33 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT 36 2.1 Bản vẽ thiết kế 36 2.2 Thuyết minh dây chuyền 36 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT 38 3.1 Tính tốn cân vật chất .38 DANH MỤC BẢN DANH MỤC HÌNH DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT CHP DCP ACP DMPC DMBA AMS : Cumen hydroperoxit : Dicumyl phenol : Aceton phenol : α – metyl styren CHƯƠNG 1: Nguyễn Ngọc Khang_K59 PHẦN MỞ ĐẦU Phenol dẫn xuất dãy thơm Runge phát lần vào năm 1834, chất dãy đồng dẳng với nhóm -OH đính trực tiếp vào vịng thơm Ban đầu phenol tách từ nhựa than đá, sau nhu cầu phenol tăng lên đáng kể nhiều phương pháp tổng hợp phenol khác đời Phương pháp công nghiệp để sản xuất phenol vào năm kỷ 20 sunfo hóa benzene, ngày thay 95% lượng phenol toàn cầu sản xuất từ cumen phương pháp oxi hóa ưu điểm lớn sản xuất đồng thời axeton có giá trị cao [1] Phenol đóng vai trị quan trọng ngành công nghiệp đặc biệt nước phát triển Phenol nguồn nguyên liệu cho nhiều hợp chất trung gian sản phẩm cuối quan trọng Trong công nghiệp chất dẻo phenol dùng để sản xuất nhựa phenol focmandehyt, điều chế hợp chất trung gian bisphenol A, styrene, cacprolactam Ngồi phenol cịn dùng sản xuất thuốc nhuộm, chất sát trùng, diệt nấm, mốc [2] Do đó, giới, việc sản xuất phenol có chất lượng cao quy mơ lớn quan tâm Tổng sản lượng phenol toàn cầu năm 2012 lên tới 11,5 triệu Trong năm gần đây, nhiều dự án nhà máy phenol xây dựng khu vực châu Á Ấn Độ, Trung Quốc, Thái Lan,… cho thấy nhu cầu phenol đăng tăng trưởng mạnh quốc gia phát triển.[3] Ở Việt Nam công nghệ sản xuất phenol axeton chưa phát triển Phần lớn lượng phenol nước phải nhập từ nước ngồi Vì vậy, việc tìm hiểu lựa chọn phương pháp, cơng nghệ sản xuất phenol phù hợp có ý nghĩa quan trọng Đồ án em gồm 03 phần chính: Chương 1: Tổng quan sản xuất phenol Chương 2: Thiết kế dây chuyền sản xuất Chương 3: Tính tốn dây chuyền sản xuất Nguyễn Ngọc Khang_K59 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1.1 Tính chất phenol Phenol (hay cịn gọi hydroxybenzen) có cơng thức phân tử C 6H5OH có cấu tạo gồm nhóm –OH gắn vào vịng thơm Phenol lần đầu tìm thấy Runge vào năm 1834 cách tách khỏi nhựa than đá lúc đặt tên carbolic axit Vào năm 1841, Laurent xác định thành phần đặt tên phenolic axit Sau đó, năm 1858, Kekule đưa cơng thức cấu tạo phenol [1] 1.1.1.1 Tính chất vật lý Ở nhiệt độ thường, phenol chất rắn màu trắng, nóng chảy 40.9 oC Ở trạng thái nóng chảy, phenol tinh khiết chất lỏng không màu, suốt Khi tiếp xúc với khơng khí, phenol chuyển thành màu hồng lượng vết tạp sắt đồng trình sản xuất tồn chứa Một số tính chất vật lý phenol trình bày bảng sau: Bảng 1.1 Tính chất vật lý phenol [1] Khối lượng riêng Nhiệt độ nóng chảy Nhiệt độ sôi Tỷ trọng Độ nhớt động học Nhiệt dung riêng Tính chất vật lý phenol 94.1 40.9 181.8 1.092 (0) 1.071 (20) 11.41 mPa.s (20) 3.42 mPa (50) 1.256 kJ/kg K (0) 1.394 kJ/kg K (20) Nhiệt hóa 511 kJ/kg Điểm chớp cháy 82 Giới hạn cháy 1.3 % thể tích Giới hạn cháy 9.5 % thể tích Nồng độ phenol thị trường >99.8% khối lượng Phenol tan nước lạnh hoà tan hoàn toàn nhiệt độ lớn 68.4 Phenol tan hầu hết dung môi hữu cơ, dễ tan hydrocacbon thơm, rượu ete tan parafin khơng tan cacbonat kiềm Phenol gây bỏng da mắt tiếp xúc thời gian dài độc thể hít phải phải cẩn trọng sử dụng [4] Nguyễn Ngọc Khang_K59 1.1.1.2 Tính chất hóa học Phenol chứa nhóm -OH có hydro linh động, mặt khác có nhân benzen thể đặc tính thơm đặc tính tăng lên ảnh hưởng nhóm - OH (là nhóm loại I làm hoạt hố nhân benzen) Các tính chất hoá học phenol bắt nguồn từ đặc tính nhóm –OH nhân bezen Nhóm –OH phenol khác với ancol khác nhóm hydroxyl liên kết trực tiếp với C no lai hóa sp Trong nhóm hydroxyl liên kết với C nhân thơm lai hóa sp Liên kết (-OH) phân cực so với (-OH) alcol, nguyên nhân gây tính axit phenol Do có hiệu ứng liên hợp mà mật độ eletron nhân tăng lên làm cho phenol có phản ứng electrophyl cao benzen Phenol có hai trung tâm phản ứng: nhóm hydroxyl nhân thơm [2] 1.1.1.2.1 Tính axit yếu Phenol có tính axit yếu tác dụng với kiềm mạnh để tạo thành muối tan nước Tuy nhiên tính axit phenol yếu Ka = 10 -0.75 yếu axit cacbonic nên khơng làm đổi màu quỳ tím Vì vậy, muối phenolat tác dụng với axit cacbonic để tạo lại phenol C6H5O- + H2CO3  C6H5OH + HCO3- Phenol tác dụng với Na giống ancol khác với rượu, muối phenolat không bị nước phân hủy 1.1.1.2.2 Tạo thành ete C6H5OR a) Phản ứng alkyl hố nhóm OH xảy cho phenol tác dụng với alkyl halogenua môi trường kiềm (phản ứng Williamson) c 6h 5o h +NaOH - H2O Nguyễn Ngọc Khang_K59 c 6h 5o na +RX c 6h 5o r +nax 1.1.1.2.3 Phản ứng tạo este Nhưng phenol tạo thành este ancol khác với rượu tác dụng trực tiếp với axit, phenol, tác dụng với clorua axit anhydrite axit tạo este 1.1.1.2.4 Phản ứng với formandehyt Nguyên tử hydro vị trí para octo dễ tham gia phản ứng ngưng tụ với formandehyt dùng xúc tác axit hay kiềm tạo thành o-hydroxylmethylphenol để tổng hợp nhựa phenol formaldehyt 1.1.1.2.5 Phản ứng electrophyl nhân thơm a) Phản ứng nitro hóa Phenol tác dụng với axit nitric cho hai sản phẩm vào vị trí ortho para Phản ứng diễn dễ dàng so với nitro hóa benzene Nguyễn Ngọc Khang_K59 Phenol tác dụng với axit nitric đậm đặc tạo thành 2,4,6 trinitro phenol (axit picric) nguyên liệu cho thuốc nổ Nhưng HNO3 có tính oxy hóa mà phenol dễ bị oxy hóa, nên người ta điều chế axit picric thơng qua giai đoạn sunfo hóa, sau thay nhóm sulfonic nhóm nitric b) Phản ứng halogen hóa Để thu sản phẩm vị trí phải tiến hành dung mơi ClCH 2CH2Cl 0oC Nếu tiến hành nhiệt độ thường phản ứng xảy nhanh thu sản phẩm lần vào vị trí ortho para c) Phản ứng sunfo-hóa Phản ứng thu đồng phân vị trí ortho para tùy nhiệt độ phản ứng Nếu nhiệt độ thường chủ yếu đồng phân ortho, cịn 100 oC chủ yếu đồng phân para Nguyễn Ngọc Khang_K59 d) Phản ứng Kolbe - Schimitt Khi đun natri phenolat dịng CO tạo thành natrisalisilat sau axit hố để tổng hợp axit salixylic, nguyên liệu cần thiết để sản xuất aspyrin (axetyl salixylic axit) ONa +CO2 o 120-140 C ¸p suÊt OH HCl COONa OH COOH 1.1.2 Ứng dụng tình hình sản xuất, sử dụng phenol 1.1.2.1 Ứng dụng phenol Phenol có nhiều ứng dụng công nghiệp đời sống hàng ngày Trong đó, ứng dụng quan trọng phenol để sản xuất nhựa phenol formandehyt cách ngưng tụ phenol với andehyt foocmic Đây loại nhựa quan trọng dùng sản xuất bột làm nhựa tấm, sản xuất sơn, keo dán, nhựa xốp [2] Ngoài ra, 2,2 dipropan (bisphenol A) sản phẩm quan trọng q trình ngưng tụ phenol với axeton có mặt axit vơ Bisphenol A có cơng thức cấu tạo là: Sản phẩm dùng nhiều sản xuất nhựa polycarbonate Với nhu cầu sản xuất nhựa ngày tăng, 40% phenol công nghiệp sử dụng để sản xuất bisphenol A [3] Nguyễn Ngọc Khang_K59 Ứng dụng quan trọng thứ ba phenol hydro hoá thành xyclohexanol để sản xuất sợi tổng hợp nilon caprolactan Các dẫn xuất ankyl phenol (diamin, octyl) dùng làm sát trùng diệt nấm, dẫn xuất clo phenol pentaclo phenol dùng bảo quản gỗ; 2,4 diclo phenol axetic dùng để làm thuốc diệt cỏ, sản phẩm nitro hoá đặc biệt axit picric dùng làm thuốc nổ Các dẫn xuất phenol dùng làm thuốc thử, thị [2] Hình 1.1 Ứng dụng phenol 1.1.2.2 Tình hình sản xuất tiêu thụ 1.1.2.2.1 Trên giới a) Tình hình sản xuất Tổng sản lượng phenol toàn cầu năm 2012 11.47 triệu tấn/năm Khu vực Châu Á – Thái Bình Dương chiếm tới 5.28 triệu Châu Âu xếp thứ với 3.15 triệu tấn, Mỹ với 2.93 triệu Nhu cầu khu vực Nam Mỹ Châu Phi 0.25 0.04 triệu tấn/năm Sản lượng phenol giới tăng trung bình 1.8%/năm giai đoạn từ năm 2010 dến năm 2015 Và dự đốn tiếp tục tăng trưởng bình qn 2.7% năm năm tới Các nước Đông Bắc Á Mỹ đóng góp tới 65% sản lượng phenol toàn cầu Trong vài năm tới, nhà máy sản xuất khác tiếp tục xây dựng Trung Quốc, Hàn Quốc, Ả rập xê út Thái Lan Lượng sản phẩm chủ yếu chuyển tới Trung Quốc để đáp ứng thị trường tăng trưởng nhanh đất nước [5] Bảng 1.2 Quy mô sản xuất cumen phenol công ty giới năm 2012 [3] Hãng Shell Domo Chem (Đức) Novapex (Pháp) Versalis (Italia) Nguyễn Ngọc Khang_K59 Sản lượng Cumen (tấn/năm) 725.000 270.000 230.000 300.000 Sản lượng Phenol (tấn/năm) 600.000 175.000 155.000 180.000 Cepsa (Tây Ban Nha) 800.000 600.000 SINOPEC (Trung Quốc) 800.000 97% axeton giới sản phẩm phụ trình sản xuất phenol Do nguồn cung axeton phụ thuộc lớn vào ngành cơng nghiệp phenol [6] b) Tình hình tiêu thụ Nhu cầu phenol tăng nhu cầu bisphenolA (BPA), chiếm tới 43% lượng tiêu thụ phenol toàn giới Trong năm 2015, nửa lượng BPA tiêu thụ khu vực Đông Bắc Á Nhu cầu BPA tăng trưởng đặn 3% năm dẫn đến tăng nhu cầu phenol Bisphenol A (BPA) chất dùng chế tạo nhựa polycarbonate Sản xuất nhựa Phenol-Formaldehyde (PF) nguồn tiêu thụ phenol lớn thứ giới Trong năm 2015, PF chiếm tới 28% sản lượng phenol tiêu thụ [5] Giá thành Phenol rơi vào khoảng 700-900 đô la Mỹ/tấn [7] Hình 1.2 Giá phenol khu vực giới năm 2016 – 2017 [7] Quá trình sản xuât BPA thường diễn kinh tế phát triển, nhiên gần số nhà máy xây dựng khu vực phát triển để đáp ứng nhu cầu tăng mạnh nước Bảng 1.3 Một số dự án sản xuất phenol giới Hãng Kumho P&B (Hàn Quốc) INEOS/SINOPEC Formosa Plastic Cepsa Quimica Nguyễn Ngọc Khang_K59 Năm xây dựng Sản lượng (tấn/năm) 2015 300.000 phenol 900.000 2015 2014 2014 cumen 400.000 300.000 250.000 PETRO RABIGH (Ả rập 2016 275.000 Xê út) PTT Phenol (Thái Lan) 2016 250.000 Nhu cầu tiêu thụ phenol tăng mạnh khu vực Châu Á – Thái Bình Dương Trong tiêu thụ khu vực Đơng Bắc Á tăng trưởng liên tục kể từ năm 2012 Trong đó, thị trường Bắc Mỹ Tây Âu trì tăng trưởng chậm Khu vực Nam Mỹ vốn có nhu cầu lại tăng trưởng nhanh tăng trưởng lại phụ thuộc lớn vào sách Brazil Thị trường Trung Đông tăng trưởng nhanh nhu cầu sản xuất BPA để xuất khu vực lớn Dự báo thời gian tới, Trung Quốc quốc gia có mức tiêu thụ phenol tăng nhanh nhất, trung bình hàng năm lên tới 11.5% Ấn Độ chiếm vị trí thứ với mức tăng 7.7%/năm vòng năm tới Trên thực tế, lượng phenol nhập vào Ấn Độ tăng 16%/năm giai đoạn 2010 – 2015.[3] Hình 1.3 Nhu cầu tiêu thụ phenol khu vực khác Hình 1.4 Nhu cầu sản xuất Phenol khu vực Đông Bắc Á Nguyễn Ngọc Khang_K59 10 - Tạo Acetonephenol - Tạo 2-hydroxy-2-phenylpropan - Tạo Cumyphenol + = - Tạo Đi cumyl phenol + = + H2 O - Tạo AMS Các số liệu ban đầu: - Năng suất nhà máy: 42 000 tấn/năm Hiệu suất chuyển hóa giai đoạn sau: Bảng 3.8 Hiệu suất giai đoạn Giai đoạn Rửa phenol Oxy hóa Oxy hóa Lọc khí thải Tách cumen Phân hủy CHP Nguyễn Ngọc Khang_K59 Hiệu suất 100% 45% 65% 100% 92% 98% 38 Phân hủy DCP, DMPC Rửa axit Tách axeton Tinh chế axeton Tách sản phẩm nặng Tách sản phẩm nhẹ Tinh chế phenol 99% 100% 93% 94% 95% 96% 97% Độ tinh khiết sản phẩm axeton phenol 99.85% Theo số liệu năm, nhà máy nghỉ sửa chữa bảo trì khoảng 30 ngày, thời gian làm việc thực tế nhà máy là: 365 – 30 = 335 ngày 1.1.9.1 Tính tốn lượng nguyên liệu đầu vào - Nguyên liệu: Cumen có độ tinh khiết 100% - Coi thời gian làm việc năm hệ thống 8000 Ta có suất nguyên liệu cumen 1h 42000/8000= 5.25 tấn/h - Ngun liệu: Khơng khí Số mol cumen nguyên liệu đầu là: Tỷ lệ Cumen/Oxi = 1/2 nên số mol O2 là: Oxi chiếm 21% thể tích khơng khí N2 chiêm 79% số mol N2 là: Khối lượng oxi sử dụng là: 43,75.32 = 1400 kg/h Khối lượng Nito sử dụng là: 329,17.28=9216,76 kg/h 1.1.9.2 Tính tốn cân vật chất thiết bị tách phenol Lượng cumen đầu vào: 5.25 tấn/h Lượng sản phẩm Oxi hóa tuần hồn lại: 1.1.9.3 Tính tốn cân vật chất thiết bị oxy hóa thứ Dịng vào: gồm Cumen, khơng khí Dịng ra: gồm Cumen, cumen hydroperoxyt, sản phẩm phụ: ACP, DMBA, DCP), dịng khí gồm (N2, O2, lượng nhỏ Cumen) Giả thiết: - Coi lượng oxi nito vào thiết bị oxi hóa 50% lượng nguyên liệu khơng khí đầu vào Lượng oxi vào tháp phản ứng là: 1400/2 = 700 kg/h Lượng nito vào tháp phản ứng là: 9216,76 /2 = 4608,38 kg/h Nguyễn Ngọc Khang_K59 39 Lượng Cumen tham gia phản ứng với hiệu suất 45% là: Gcumen = 0,45.5250=2362,50 tấn/h Lượng Cumen chưa phản ứng: Gcumencfu = 5250 – 2362,50 = 2887,50 tấn/h Coi lượng cumen bay lẫn khí 5% lượng cumen chưa phản ứng Gcumenbay = 2887,50.0,05 = 144,38 kg/h Lượng cumen sang tháp oxi hóa thứ là: Gcumen2 = 2887,50 -144,38 = 2743,12 kg/h Lượng CHP tạo thành: (1 mol cumen tạo mol CHP) GCHP = Ta có số mol O2 phản ứng số mol Cumen phản ứng Lượng O2 tham gia phản ứng là: GO2 = Lượng O2 khỏi tháp là: 700 - 630 = 70 kg/h Giả thiết lượng sản phẩm phụ 5% lượng CHP thu Lượng sản phẩm phụ là: Gspp = 2992,50.0,05 = 149,63 kg/h Vậy lượng CHP thu theo thực tế là: 2992,50 – 149,63 = 2842,87 kg/h Bảng 3.9 Cân vật chất tháp oxy hóa thứ Thiết bị Dịng Dịng vào Tên Thành dịng Khơng phần O2 N2 khí Ngun liệu Oxi Dịng hóa khí Tổng 700 4608,38 5308.38 Cumen 5250 5250 O2 N2 Cumen 70 4608,38 2842,87 Sản chưa phản 2743,12 phẩm ứng Sản phẩm Dòng phụ Nguyễn Ngọc Khang_K59 Tổng 10558.38 4822.76 144,38 lẫn khí CHP Cumen thứ Lưu lượng 10558.38 5735.62 149,63 40 1.1.9.4 Tính tốn cân vật chất cho thiết bị oxy hóa thứ Dịng vào: - Dịng sản phẩm từ thiết bị oxy hóa thứ nhất: Cumen CHP sản phẩm phụ - Dịng khơng khí Dịng ra: - Dòng sản phẩm: Cumen CHP sản phẩm phụ - Dòng khí: O2 N2 Cumen lẫn khí Giả thiết: - Coi lượng oxi nito vào thiết bị oxi hóa 50% lượng nguyên liệu khơng khí đầu vào Lượng oxi vào tháp phản ứng là: 1400/2 = 700 kg/h Lượng nito vào tháp phản ứng là: 9216.76 /2 = 4608.38 kg/h Lượng cumen sang tháp oxi hóa thứ là: 2743.12 kg/h Lượng Cumen tham gia phản ứng với hiệu suất 65% là: Gcumenfu = 0.65 x 2743.12 = 1783.03 tấn/h Lượng Cumen chưa phản ứng: Gcumencfu = 2743.12 – 1783.03 = 960.09 tấn/h Coi lượng cumen bay lẫn khí 5% lượng cumen chưa phản ứng Gcumenbay = 960.09 x 0.05 = 48.00 kg/h Lượng cumen sang tháp phân tách cumen là: Gcumen2 = 960.09 - 48.00 = 912.09 kg/h Lượng CHP tạo thành: (1 mol cumen tạo mol CHP) GCHP = Ta có số mol O2 phản ứng số mol Cumen phản ứng Lượng O2 tham gia phản ứng là: GO2 = Lượng O2 khỏi tháp là: 700 – 475.48 = 224.52 kg/h Giả thiết lượng sản phẩm phụ 5% lượng CHP thu Lượng sản phẩm phụ là: Gspp = x 0.05 = 112.93 kg/h Tổng lượng sản phẩm phụ thu là: 112.93 + 149.63 = 262.56 kg/h Nguyễn Ngọc Khang_K59 41 Vậy lượng CHP thu theo thực tế là: – 112.93 = 2145.58 kg/h Tổng lượng CHP thu là: 2145.58 + 2842.87 = 4988.45 kg/h Bảng 3.10 Cân vật chất thiết bị oxi hóa thứ hai Thiết bị Dịng Tên Thành dịng Khơng phần O2 N2 Cumen CHP Sản phẩm khí Dịng vào Ngun liệu Lưu lượng 700 4608.38 2743.12 2842.87 224.52 4608.38 lẫn khí CHP Cumen 4988.45 Sản chưa phản 912.09 phẩm ứng Sản phẩm hóa Dịng thứ khí hai Dịng phụ Tổng 5308.38 11044 5735.62 149.63 phụ O2 N2 Cumen Oxi Tổng 4880.9 48.00 11044 6163.1 262.56 1.1.9.5 Tính tốn cân vật chất thiết bị hấp phụ Ta có tổng lượng cumen lẫn khí: 48.00 + 144.38 = 192.38 kg/h Coi 20% số theo khí vào tháp hấp thụ Lượng cumen bay là: 192.38 x 0.2 = 38.48 kg/h Như có 80% lượng cumen quay trở lại thiết bị phản ứng: 192.38 x 0.8= 153.90 kg/h Như lượng khí thải vào thiết bị hấp phụ là: Gthải = 38.48 + 224.52 + 4608.38 + 70 + 4608.38 = 9549.76 kg/h Giả thiết thiết bị hấp phụ hấp phụ 90% lượng cumen lẫn khí Lượng cumen bị hấp thụ là: 0.9 x 38.48 = 34.63 kg/h Lượng khí phát thải mơi trường là: 34.63 + 224.52 + 4608.38 + 70 + 4608.38 = 9545.91 kg/h Nguyễn Ngọc Khang_K59 42 1.1.9.6 c Dòng vào: Dòng nguyên liệu gồm Cumen, CHP sản phẩm phụ Dòng ra: Dòng cumen dòng CHP, sản phẩm phụ Hiệu suất tách 92% cumen tháp tuần hoàn lại thiết bị rửa kiềm Lượng cumen vào tháp là: 912.09 kg/h Lượng cumen khỏi tháp là: 912.09 x 0.92 = 839.12 kg/h Lượng cumen lại đáy tháp: 912.09 - 839.12 = 72.97 kg/h Bảng 3.11 Cân vật chất thiết bị oxi hóa thứ Thiết bị Dòng Dòng vào Tên Thành dòng Nguyên phần Cumen CHP Sản phẩm liệu Phân tách Cumen CHP cumen Dòng phụ Cumen CHP Cumen Sản phẩm phụ Lưu lượng 912.09 4988.45 Tổng Tổng 6090.13 6163.1 262.56 839.12 4988.45 72.97 839.12 5323.98 6163.1 262.56 1.1.9.7 Tính tốn c Dịng vào: Dịng axit sunfuric dịng nguyên liệu gồm CHP, cumen, sản phẩm phụ, Dòng ra: phenol, axeton, CHP, cumen Coi lượng axit/CHP = 1/4 Như lượng axit cần sử dụng là: 4988.45/4 = 1247.11 kg/h Giả thiết lượng CHP phân hủy 98% Lượng CHP phân hủy là: 0.98 x 4988.45 = 4888.68 kg/h Số mol CHP bị phân hủy 4888.68/152 = 32.16 kmol/h Dựa vào phương trình phản ứng, ta thấy số mol phenol = số mol phenol = số mol CHP bị phân hủy Lượng phenol thu được: 32.16 x 94 = 3023.26 kg/h Lượng axteon thu được: 32.16 x 58 = 1865.42 kg/h Nguyễn Ngọc Khang_K59 43 Lượng CHP không phân ly là: 4988.45 - 4888.68 = 99.77 kg/h Coi lượng CHP không phân ly tạo sản phẩm phụ Lượng sản phẩm phụ thu là: 99.77 + 262.56 = 362.33 kg/h Coi AMS chiếm 50% lượng sản phẩm phụ: GAMS = 362.33/2 = 181.17 kg/h H2O chiếm 5% lượng sản phẩm phụ: GH2O = 362.33 x 0.05 = 18.12 kg/h Sản phẩm phụ lại bao gồm DCP, DMBA, ACP, chiếm 45%: Gsppk = 362.33 - 18.12 - 181.17 = 163.04 kg/h Bảng 3.12 Cân vật chất thiết bị phân hủy CHP Thiết bị Dòng Dòng vào Thiết Tên dòng Nguyên liệu Xúc tác bị phân hủy CHP Dòng Sản phẩm Thành phần Lưu lượng CHP Cumen Sản phẩm phụ H2SO4 Phenol Axeton Cumen AMS H2O Sản phẩm phụ 4988.45 72.97 262.56 1247.11 3023.26 1865.42 72.97 181.17 18.12 khác H2SO4 Tổng 5323.98 Tổng 6571.09 1247.11 6571.09 6571.09 163.04 1247.11 1.1.9.8 Tính tốn cân bầng vật chất thiết bị phân hủy DCP DMPC Dimethylphenylcarbinol  H2O + AMS DCP  Phenol + AMS Giả thiết Dimethylphenylcarbinol chiếm 30% lượng sản phẩm phụ GDMPC = 163.04 x 0.3 = 48.91 kg/h Hiệu suất thiết bị phân hủy 99% nên lượng DMPC bị phân hủy là: 48.91 x 0.99 = 48.42 kg/h Lượng DMPC lại là: 0.01 x 48.91 = 0.49 kg/h Số mol DMPC là: 48.42/136 = 0.36 kmol/h Lượng AMS tạo thành là: 0.36 x 118 = 42.01 kg/h Lượng nước tạo thành là: 0.36 x 18 = 6.41 kg/h Giả thiết Dicumylphenol chiếm 40% lượng sản phẩm phụ GDCP = 163.04 x 0.4 = 65.21 kg/h Nguyễn Ngọc Khang_K59 44 Hiệu suất thiết bị phân hủy 99% nên lượng DCP bị phân hủy là: 65.21 x 0.99= 64.56 kg/h Lượng DCP lại 0.01 x 65.21 = 0.65 kg/h Số mol DCP là: 64.56/330 = 0.20 kmol/h Lượng AMS tạo thành là: 0.2 x 118 x = 46.17 kg/h Lượng phenol tạo thành là: 0.2 x 94 = 18.39 kg/h Tổng lượng AMS dòng là: 181.17 + 46.17 + 42.01 = 269.35 kg/h Tổng lượng phenol dòng là: 18 39 + 3023.26 = 3041.65 kg/h Tổng lượng nước dòng là: 6.41 + 18.12 = 24.53 kg/h Bảng 3.13 Cân bầng vật chất thiết bị phân hủy DCP DMPC Thiết bị Thiết bị Dòng Dòng vào phân hủy Tên dòng Thành phần Lưu lượng Tổng Tổng 6571.09 6571.09 6751.09 6751.09 Nguyên liệu DCP Phenol 3023.26 Axeton Cumen AMS H2O DMPC DCP Sản phẩm 1865.42 72.97 181.17 18.12 48.91 65.21 DMCP Dòng Dòng phụ khác H2SO4 Phenol Axeton Cumen AMS H2O DMPC DCP Sản phẩm phụ khác H2SO4 Nguyễn Ngọc Khang_K59 48.92 1247.11 3041.65 1865.42 72.97 269.35 24.53 0.49 0.65 48.92 1247.11 45 1.1.9.9 Tính tốn cân vật chất thiết bị trung hòa Dòng vào: - Dòng nguyên liệu: CHP, cumen, sản phẩm phụ - Dòng xúc tác: axit sunfuric Dòng ra: Phenol, Axeton, Cumen, AMS, H2O, Sản phẩm phụ khác, H2SO4 2C6H5ONa + H2SO4 = 2C6H5OH + Na2SO4 Số mol axit sunfuric sử dụng là: 1247.11/98 = 12.73 kmol/h Tỷ lệ Natri phenat/H2SO4 = 2/1 (dựa vào hệ số phản ứng) nNatri phenat = 12.73 x = 25.45 kmol/h Vậy lượng Natri phenat cần dùng là: 25.45 x 116 = 2952.34 kg/h Lượng phenol thu là: 25.45 x 94 = 2392.42 kg/h Lượng Natri sunfat thu là: 12.73 x 142 = 1807.04 kg/h Tổng lượng phenol dòng là: 2392.42+ 3041.65= 5434.07 kg/h Bảng 3.14 Cân bầng vật chất thiết bị trung hòa Thiết Dòng Tên bị Thiết Dòng dòng Dòng bị vào nguyên trung liệu Thành phần Lưu lượng Phenol 3041.65 Axeton Cumen AMS H2O DMPC DCP Sản phẩm 1865.42 72.97 269.35 24.53 0.49 0.65 Tổng Tổng hóa axit 6571.09 9523.43 48.92 phụ khác H2SO4 1247.11 NaPh 2952.34 Phenol 5434.07 Axeton Cumen 1865.42 72.97 Dòng Natri Dòng phenat Dòng đỉnh Nguyễn Ngọc Khang_K59 2952.34 7691.83 9523.43 46 AMS DMPC DCP Sản phẩm Dòng đáy phụ khác Na2SO4 H2O 269.35 0.49 0.65 48.92 1807.04 24.53 1831.57 1.1.9.9.1 Tinh tốn cân vật chất tháp chưng tách axeton Dịng vào: Pha hữu tháp trung hịa trước Dòng ra: Dòng đỉnh tháp: axeton sản phẩm phụ (AMS, cumen) Dòng đáy tháp: phenol sản phẩm nặng Giả thiết hiệu suất tháp tách axeton 93% lượng axeton thu đỉnh tháp là: 1865.42 x 0.93 = 1734.84 kg/h Lượng axeton đáy là: 1865.42 - 1734.84 = 130.58 kg/h Lượng AMS đinh là: 0.93 x 269.35 = 250.50 kg/h Lượng AMS đáy tháp là: 269.35 - 250.50 = 18.85 kg/h Lượng Cumen đỉnh tháp là: 0.93 x 72.97 = 67.86 kg/h Lượng Cumen đáy tháp là: 72.97 - 67.86 = 5.11 kg/h Độ tinh khiết axeton 1734.84 /(1734.84 + 67.86 + 250.50) = 84.50% Bảng 3.15 Cân vật chất tháp chưng tách axeton Thiết bị Dòng Tên Thành dòng phần Phenol Axeton Cumen AMS DMPC DCP Sản phẩm Thiết bị chưng tách Dòng Nguyên axeton vào liệu Dòng Đỉnh tháp Đáy tháp Nguyễn Ngọc Khang_K59 phụ khác Axeton Cumen AMS Phenol Axeton Cumen AMS Lưu lượng 5434.07 1865.42 72.97 269.35 0.49 0.65 Tổng Tổng 7691.87 7691.87 48.92 1734.84 67.86 250.50 5434.07 130.58 5.11 18.85 7691.87 2053.2 5638.67 47 DMPC DCP Sản phẩm phụ khác 0.49 0.65 48.92 1.1.9.10 Tính tốn tháp tinh chế axeton Dòng vào: Dòng đáy tháp tách axeton Dòng ra: Dịng sản phẩm tách phía bên gần đỉnh tháp có chứa axeton Dịng sản phẩm đáy có chứa sản phẩm nặng hơn: AMS, Cumen Hiệu suất tháp tách 94% Lượng axeton tách dòng gần đỉnh tháp là: 1734.84 x 0.94 = 1630.75 kg/h Độ tinh khiết axeton sản phẩm 99% Lượng chất có dòng gần đỉnh tháp là: 1630.75/0.99 = 1647.22 kg/h Lượng tạp chất dòng gần đỉnh tháp là: 16.47 kg/h Lượng axeton đáy tháp 1734.84 - 1630.75 = 104.09 kg/h Giả thiết hiệu suất tách cumen AMS hiệu suất tách là: (67.86 + 250.50 - 16.47)/(67.86 + 250.50) = 94,83% Lượng Cumen đáy tháp 0.9483 x 67.86 = 64.35 kg/h Lượng AMS đáy tháp 0.9483 x 250.50 = 237.55 kg/h Độ tinh khiết AMS thô: 237.55/(237.55+64.35 + 104.09) = 58.51% Bảng 3.16 Cân vật chất tháp tinh chế axeton Thiết bị Dòng Tên dòng Dòng Nguyên vào liệu Tháp Axeton tinh chế Dòng axeton thương phẩm AMS thô Nguyễn Ngọc Khang_K59 Thành phần Lưu lượng Axeton Cumen AMS Axeton Tạp chất 1734.84 67.86 250.50 1630.75 (AMS, 16.47 Cumen) Axeton Cumen AMS Tổng Tổng 2053.2 2053.2 1647.22 2053.2 104.09 64.35 237.55 405.98 48 1.1.9.11 Tính tốn tháp tách sản phẩm nặng Dịng vào: Dịng sản phẩm đáy tháp chưng tách axeton Dòng ra: - Đỉnh tháp: gồm có phenol, AMS, Cumen, axeton - Đáy tháp: gồm có DMPC, DCP, sản phẩm phụ khác Hiệu suất tách sản phẩm nặng tháp 95% Lượng DMPC dòng sản phẩm đáy là: 0.49 x 0.95 = 0.47 kg/h Lượng DMPC dòng sản phẩm đỉnh là: 0.49 – 0.47 = 0.02 kg/h Lượng DCP dòng sản phẩm đáy là: 0.65 x 0.95 = 0.62 kg/h Lượng DCP dòng sản phẩm đỉnh là: 0.65 – 0.62 = 0.03 kg/h Lượng sản phẩm phụ khác dòng sản phẩm đáy là: 48.92 x 0.95 = 46.47 kg/h Lượng sản phẩm phụ dòng sản phẩm đỉnh là: 48.92 – 46.47 = 2.45 kg/h Bảng 3.17 Cân vật chất tháp tách sản phẩm nặng Thiết bị Dòng Tháp Dòng tách sản vào Tên Thành dòng Nguyên phần Phenol Axeton Cumen AMS DMPC DCP Sản phẩm liệu phẩm nặng Dòng Đỉnh tháp Đáy tháp 5434.07 130.58 5.11 18.85 0.49 0.65 Tổng 5638.67 Tổng 5638.67 48.92 phụ khác Phenol Axeton Cumen AMS DMPC DCP Sản phẩm 5434.07 130.58 5.11 18.85 0.02 0.03 phụ khác DMPC DCP Sản phẩm 0.47 0.62 phụ khác Nguyễn Ngọc Khang_K59 Lưu lượng 5591.11 5638.67 2.45 47.56 46.47 49 1.1.9.12 Tính toán cân vật chất tháp tách sản phẩm nhẹ Dòng vào: Dòng đỉnh tháp tách sản phẩm nặng Dòng ra: - Dòng đỉnh tháp: AMS, Cumen, axeton - Dòng đáy tháp: Phenol, AMS, cumen, axeton, DCP, DMPC, sản phẩm phụ khác Giả thiết hiệu suất tách tháp 96% Lượng AMS đỉnh tháp là: 18.85 x 0.96 =18.10 kg/h Lượng AMS đáy tháp là: 18.85 – 18.10 = 0.75 kg/h Lượng Cumen đỉnh tháp là: 5.11 x 0.96 = 4.91 kg/h Lượng Cumen đáy tháp là: 5.11 – 4.91 = 0.2 kg/h Lượng Axeton đỉnh tháp là: 130.58 x 0.96 = 125.36 kg/h Lượng Axeton đáy tháp là: 130.58 – 125.36 = 5.22 kg/h Bảng 3.18 Cân vật chất tháp tách sản phẩm nhẹ Thiết bị Dòng Tên Thành dòng phần Phenol Axeton Cumen AMS DMPC DCP Sản phẩm Dòng Nguyê vào n liệu Tháp tách Đỉnh sản tháp phẩm nặng Dòng đáy Đáy tháp phụ khác Axeton Cumen AMS Phenol Axeton Cumen AMS DMPC DCP Sản phẩm Lưu lượng 5434.07 130.58 5.11 18.85 0.02 0.03 Tổng Tổng 5591.11 5591.11 2.45 125.36 4.91 18.10 5434.07 5.22 0.2 0.75 0.02 0.03 phụ khác 148.37 5591.11 5442.74 2.45 1.1.9.13 Tính tốn cân vật chất tháp tinh chế phenol Dòng vào: Dòng đáy tháp tách sản phẩm nhẹ Nguyễn Ngọc Khang_K59 50 Dịng ra: - Đỉnh tháp: Phenol có độ tinh khiết 99% - Đáy tháp: phenol, sản phẩm phụ, AMS, Cumen, DMPC, DCP, Axeton Lượng Phenol thu cuối 5250 kg/h Hiệu suất tháp tinh chế phenol 97% lượng phenol sau tinh chế là: 5250/0.97=5412.37 kg/h TÀI LIỆU THAM KHẢO M Weber, M Webber, & M Kleine-Boymann, “Phenol, Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry,” Journal of American Chemical Society, 7863, 97 p 11134– 11136, 1997 Phan Thanh Sơn Nam, “Giáo trình Hóa Hữu cơ,” NXB Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh, p 412 – 434, 2011 R M Pandia, “The Phenol-Acetone Value Chain : Prospects and Opportunities,” 2013 ScienceLab, “Phenol MSDS.” 2013 IHS Markit, “Phenol,” Chemical Economics Handbook, 2016 IHS Markit, “Acetone,” Chemical Economics Handbook, 2016 Trisha Huang, “Stage is set for a China phenol market recovery,” ICIS News, 2017 Công ty TNHH Hóa chất Thuận Nam, “Tổng quan cơng nghiệp hóa chất Việt Nam,” 2013 Thủ Tướng Chính phủ, “Phê duyệt ‘Quy hoạch phát triển ngành công nghiệp hóa chất Việt Nam đến năm 2020, có tính đến năm 2030’, Số: 1621/QĐ-TTg,” 2013 10 Phạm Thanh Huyền Nguyễn Hồng Liên, “Cơng nghệ Tổng hợp Hữu - Hóa dầu,” NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, p 173 – 178, 2006 11 A Chauve & G Lefebvre, “Petrochemical Processes Vol.2,” Editions Technips, p 103–126, 1989 12 J H P Tyman, “Synthetic and Natural Phenols,” Elsevier, p 11–12, 1996 Nguyễn Ngọc Khang_K59 51 13 J L Delaney & T W Hughes, “Source Assessment: Manufacture of Phenol and Acetone from Cumene,” United States Enviromental Protection Agency, p 77– 107, 1979 14 Axens, “HP’s Petrochemical Processes.” p 139–141, 2005 15 ILLA International, “ILLA Licensing & Engineering.” 16 Axens, “HP Petrochemical ProcessHandbook 2014,” Gulf Publishing Company, 2014 17 R J Schmidt, “Industrial catalytic processes - Phenol production,” Applied Catalysis A: General, 280, p 89–103, 2005 18 V M Zakoshansky, “Actual Performance of Key Stages of the Phenol Process: Present State and Expected Future.” Russian Journal of Applied Chemistry, p 159–184, 2013 19 ScienceLab, “Cumene MSDS.” 2013 20 Bộ Khoa học Công nghệ, “TCVN 8-20:2002,” 2002 21 Bộ Khoa học Công nghệ, “TCVN 7285:2003.” 2003 22 M Weber & M Webber, “Phenols, Phenolic Resins: A Century of Progress,” Springer-Verlag Berlin Heidelberg, p 9–23, 2010 Nguyễn Ngọc Khang_K59 52 ... nghệ sản xuất phenol phù hợp có ý nghĩa quan trọng Đồ án em gồm 03 phần chính: Chương 1: Tổng quan sản xuất phenol Chương 2: Thiết kế dây chuyền sản xuất Chương 3: Tính tốn dây chuyền sản xuất. .. Các phương pháp sản xuất phenol Phương pháp sản xuất phenol tách phenol từ nhựa than đá, phương pháp sản xuất phenol trước công nghiệp hóa dầu phát triển Tuy nhiên, phương pháp sản xuất cho hiệu... thành sản phẩm ngưng tụ sâu 1.1.5.3 Công nghệ sản xuất phenol Kellog Brown & Root (KBR) KBR công nghệ sản xuất phenol sử dụng rộng rãi giới nhờ ưu điểm Hơn 50% sản lượng phenol 26 nhà sản xuất

Ngày đăng: 26/09/2021, 11:17

Xem thêm: