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

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

ổ

ầ

ế Ph n I: T ng quan lý thuy t

ươ

Ch

ng I

ấ ủ

ệ

ả

ẩ

Tính ch t c a nguyên li u và s n ph m

ấ ủ

ệ

A. Tính ch t c a nguyên li u.

ộ ố

I. M t s  tính ch t chung c a Axetylen.

ấ ấ ở ề

ủ ệ

ườ ấ ộ Ta th y đi u ki n th ng Axetylen là m t ch t khí không màu,

ộ ở ạ ế ế ả không đ c d ng tinh khi t, nó có mùi ete y u và có kh  năng gây mê,

ở ạ ị ơ ọ Axetylen ấ  d ng nguyên ch t có v  h i ng t.

ấ ủ 1. M t s  tính ch t c a Axetylen:

0C, P = 760mmHg) d= 1,17Kg/m3.

ượ ộ ố ọ ­ Tr ng l ng riêng: (0

ượ ọ ­ Tr ng l ng phân t ử M =26,02kg/Kmol :

ệ ­ Nhi t dung riêng phân t ử : Chi phí = 0,402 KJ/kg

ệ ộ ư ­ Nhi t đ  ng ng t ụ : ­38,80C

ệ ộ ớ ạ ­ Nhi t đ  t i h n: 35,50C

ấ ớ ạ ­ áp su t t i h n: 6,04MaP

ệ ộ ­ Nhi t đ  thăng hoa: 21,59KJ/mol

ệ ơ ­ Nhi t hoá h i: 15,21 KJ/mol

ỉ ọ ­ T  tr ng: 0,686.

ữ ơ ạ Ngoài ra Axetylen còn tan m nh trong các dung môi h u c , Axetylen

ướ ọ ọ ủ ộ ể cũng có th  tan trong n c. Đ  ch n l c c a Axetylen trong các dung môi

ư ế ấ ọ khác  nhau, do đó r t quan tr ng trong quá trình tinh ch  cũng nh  trong quá

ộ ượ ả ả ả trình b o qu n Axetylen. Khí cháy Axetylen to  ra m t l ng nhi ệ ấ ớ   t r t l n

3, gi

ả ệ ủ ớ ạ và kh  năng sinh nhi t c a Axetylen là 13,307 KCal/m ổ ủ   i h n n  c a

1

ề ệ ả ộ ệ ộ ấ ị Axetylen x y ra trong cùng m t đi u ki n nhi ấ t đ  và áp su t nh t đ nh ở

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ả

ấ

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

ạ ỗ ợ ổ nhi ệ ộ 0C và 1 at axetylen t o v i không khí h n h p n  trong gi ớ t đ  0 ớ ạ   i h n

(cid:0) ừ ớ ạ ổ ớ ể ộ t 23% ể  81% th  tích và gi i h n n  v i oxy là 2,8% th  tích, đ  nguy

ề ổ ủ ự ủ ữ ể ấ   hi m v  n  c a Axetylen càng tăng do s  phân rã c a nó thành  nh ng ch t

ả ơ đ n gi n.

C2H2 (cid:0) 2C + H2

2 s  phân rã này

ỷ ủ ể ạ ả ứ ự Đây là ph n  ng phân hu  c a đ  t o thành C và H

ạ ươ ữ ư ấ ứ ử ả x y ra không có oxy nh ng có nh ng ch t kích ho t t ng  ng (tia l a, do

ố ma sát, đ t cháy…).

ấ ễ ổ ớ ể ỗ ợ ạ Có th  nói Axetylen r t d  dàng t o h n h p n  v i Clo và Plo và

ấ ướ ể ả ủ ụ ậ ả ớ nh t là khi đ i tác d ng c a ánh sáng. Do v y đ  gi m b t kh  năng n ổ

ể ậ ườ ộ ượ ủ c a Axetylen, khi v n chuy n ng i ta pha thêm m t l ơ ng khí tr  hydrô,

amôniac vào.

ạ ọ ộ Bên c nh đó Axetylen còn có m t tính năng quan tr ng khác là kh ả

ố ữ ơ ấ ỏ ề ộ ề ơ năng hoà tan t t trong nhi u ch t l ng h u c  và vô c  xét v  đ  hoà tan thì

ươ ự ố ủ ộ đ  hoà tan c a Axetylen là t ng đ i cao trong các dung môi có c c. Trong

ộ ướ ể ể ể m t th  tích n c có th  hoà tan 0,37 th  tích Axetylen.

ể ả ư ủ ộ ố ị Nh ng đ  hoà tan c a Axetylen có th  gi m trong dung d ch mu i ăn

ậ ằ ậ ồ ộ ủ   ể ế và Ca(OH)2. Do v y chúng ta có th  k t lu n r ng n ng đ  hoà tan c a

ỏ ỗ ệ ế ấ ợ ề Axetylen r t có ý nghĩa trong vi c đi u ch  và tách ra kh i h n h p khí.

ọ ấ 2. Tính ch t hoá h c. ộ ế Axetylen là m t hydrô các bua không no, nó có liên k t ba trong phân

ử ạ ộ ế ả ọ ử t do đó có kh  năng ho t đ ng hoá h c cao. Liên k t ba phân t Axetylen

ượ ạ ả ứ đ c t o thành do liên k t ế (cid:0)  và liên k t ế (cid:0) ọ    khi tham gia ph n  ng hoá h c.

ế ử ẽ ị ế ạ ặ ỡ Các liên k t ba trong phân t s  b  phá v  và t o thành liên k t đôi ho c các

ấ ả ả ứ   ợ h p ch t bão hoà, khi đó Axetylen có kh  năng tham gia vào các ph n  ng

2

ế ợ ả ứ ả ứ ậ ừ ư ế ợ nh : ph n  ng th , ph n  ng trùng h p, k t h p. Vì v y t Axêtylen ta có

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ả

ấ

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

ể ấ ằ ể ổ ợ ượ ả ẩ th  th y r ng Axetylen có th  t ng h p đ c các s n ph m khác nhau và

ờ ố ể ứ ụ ề ệ ự có th   ng d ng vào nhi u lĩnh v c trong công nghi p và đ i s ng.

ế ả ứ a. Ph n  ng th .

ử ể ệ ủ ả Nguyên t H c a Axetylen do th  hi n tính Axit nên nó có kh  năng

ả ứ ế ớ ư ề ạ tham gia các ph n  ng th  v i các kim lo i ki m nh : Cu, Ag, Ni, Hg, Co,

ạ ạ ấ ễ ổ Zn… t o thành Axetylenit kim lo i r t d  n :

Na+

ề ạ 2Me + C2H2 (cid:0) Me2C2 + H2 (Me: Kim lo i ki m).

+

2Cu

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) HC (cid:0) CH NaC (cid:0) CNa + H2.

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) HC (cid:0) CH Cu ­ C (cid:0) C ­ Cu +H2.

ụ ề ề ạ ớ ổ ủ Khi Axetylen tác d ng v i Axit c a kim lo i ki m và ki m th  trong

Amôniac l ng.ỏ

HC (cid:0) MeC (cid:0) CH + MeNH3 (cid:0) CH + NH3.

ả ứ ộ ợ b. Ph n  ng c ng h p.

ả ứ ộ ớ ượ ế ở Ph n  ng c ng v i Hydrô đ c ti n hành trên xúc tác Pd ấ    áp su t

Pd

1at và 250 (cid:0) 3000C.

(cid:0) (cid:0) (cid:0) HC (cid:0) CH + H2 CH2 =CH2, (cid:0) H = ­41,7 KCal/md.

2 v i xúc tác Ni và nhi

+

ả ứ ộ ớ Ph n  ng c ng H ệ ộ t đ .

Ni 0

f

(cid:0) (cid:0) (cid:0) HC (cid:0) CH + H2 CH3 ­ CH3.

4

(cid:0) ả ứ ớ ướ ộ ở Ph n  ng c ng v i n c khi đó xúc tác HgSO 75 1000C t oạ

+

2Ag

Axetaldehyt.

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) HC (cid:0) CH+H2O CH3 ­ CHO, (cid:0) H = ­38,8 KCal/mol

0C 4800C Axetylen tác d ng v i ớ

ắ ở ụ ẽ Khi Có Oxit k m và oxit s t 360

ZnO

ơ ướ ể ạ h i n c đ  t o thành Axeton.

3

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) 2HC (cid:0) CH + H2O CH3 ­ CHO + CO2 + 2H2.

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ả

ấ

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

ụ ể ượ Trong đó Axetylen còn có th  tác d ng đ c v i r ớ ượ ở ề u ệ    đi u ki n

0 (cid:0)

(cid:0) ấ ủ ệ ộ 1800C và áp su t p = 4 ể ạ    20at có xúc tác c a KOH đ  t o nhi t đ  160

KOH

thành Vinylete.

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) CH = CH + ROH CH2 = CHO ­ R

0C.

2S

ệ ệ ộ đi u ki n nhi t đ  120

C2H5OH

(cid:0) (cid:0) ượ ớ ở ề c v i H CH2 = CH - SH (cid:0)

Vinyl mercaptan Etylen mercaptan

h 2c c h 2

+c 2h 2 h 5c 2 s c h = c h 2 +

S

c 2h 5sh h 5c 2 s(c 2h 2)2 c 2h 5

ụ Axetylen tác d ng đ CH + H2S (cid:0) HC (cid:0)

Etylen dietyle Sulfit

ụ ạ ớ Khi Axetylen tác d ng v i mercaptan có xúc tác KOH t o ra Vinylclo

ete:

HC (cid:0) CH + RSH (cid:0) CH2 = CH ­ SR

2  (Cacbonyl hoá) v i xúc tác là

ụ ớ ớ Khi Axetylen tác d ng v i CO và H

ạ

Ni(CO)4 t o ra axit acrylic. HC (cid:0) CH + CO + H2O (cid:0) CH2 = CH ­ COOH

H

H

+

C = C

HC c h h gc l2

Cl

HCl

Cis

H

HgCl

C = C

Cl

H

Trans

ạ ấ ộ ớ ố ồ ợ C ng v i mu i halogen t o h p ch t có đ ng phân Cis, trans

4

ộ ớ C ng v i Hglogen

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ả

ấ

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

2Br+

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) HC (cid:0) CHBr = CHBr CH + Br2 (cid:0) CHBr2 ­ CHBr2

2 trong pha khí thì ph n  ng x y ra m nh li

ấ ộ ớ ả ứ ả ả Ta th y khi c ng v i Cl ệ   t

ế ễ ả ổ ỏ ơ h n   và   d   gây   n ,   do   đó   ph i   ti n   hành   trong   pha   l ng   và   có   xúc   tác

antimoin triclorua.

(cid:0) SbCl3 + Cl2 (cid:0) SbCl5

(cid:0) CH (cid:0) CH + 2SbCl5 (cid:0) CHCl2 = CHCl2 +2SbCl3

ả ứ ề ơ ớ ộ Ngoài ra Axetylen còn ph n  ng c ng v i nhi u axit vô c  và h u c ữ ơ

ệ ị ể ạ đ  t o thành các vinyl có giá tr  trong công nghi p.

0 (cid:0)

ả ứ ả ứ ơ ở ớ ộ Ph n  ng c ng v i HCl, ph n  ng trong pha h i 150 1800C lò

2 đ  thuể

ạ ỏ xúc tác HgCl2 than ho t tính, còn trong pha l ng dùng xúc tác CuCl

ượ đ c VC.

HC  (cid:0) CH + HCl (cid:0) CH2 = CH ­ Cl

2SO4 đ  t o thành Vinyl sunfua.

ả ứ ộ ớ ể ạ Ph n  ng c ng v i H

HC(cid:0) CH + H2SO4 (cid:0) CH2 = CH ­ O ­ SO3H

0C có CuCl2 và NH4Cl làm xúc tác Axetylen tác d ng v i ớ

ở ệ ộ ụ nhi t đ  80

ạ ả

HCN t o thành  cy lonitril: HC (cid:0) CH + HCN (cid:0) CH2 =CH­CN

(cid:0) ụ ở ở ơ ớ Tác d ng v i Axit Axetic 180 2000C pha h i có xúc tác là

ạ ặ ặ ạ Axetat Zn trên than ho t tính ho c Cd trên than ho t tính ho c Hg trên than

ạ ạ ho t tính t o ra Vinyl Axetat.

ớ ượ ụ ­ Axetylen tác d ng v i r u.

o ch = ch 2

OH+

CH (cid:0) CH + C2H5OH (cid:0) CH = CHOCOCH3

5

ụ ớ Axetylen tác d ng v i Axit Amin.

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ả

ấ

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

HC (cid:0) CH + RCO ­ NH2 (cid:0) RCO ­ NH ­ CH = CH2

ợ ủ ả ứ c. Ph n  ng trùng h p c a Axetylen.

0

Xt,80 C

ả ứ ườ ạ Ph n  ng polime hoá trong môi tr ng HCl t o thành Vinyl axetylen

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) 2HC (cid:0) CH CH H2C = CH ­ C (cid:0)

0C trên than ho t tính Axetylen trùng h p t o thành

ở ệ ộ ợ ạ ạ nhi t đ  600

Benzen.

3HC (cid:0) CH (cid:0) C6H6

ươ ế 3. Các ph

ủ ế ề ệ ượ ấ ừ ả ng pháp đi u ch  Axetylen. Trong công nghi p Axetylen ch  y u đ c s n xu t t ồ    hai ngu n

ệ ở ạ ắ ỏ nguyên li u chính là cácbua canxi và hyđrô cácbon ( d ng r n, l ng và

ở ỹ ướ ấ ừ ệ khí). Hi n nay M  và các n ả c Châu Âu khác s n xu t Axetylen t hydrô

ở ộ ả ậ ấ ả ấ cácbon, còn Italia, Nh t B n, Nam  Phi,  n  Đ  s n  xu t  Axetylen  t ừ

ề ớ ướ ế ớ ở ệ cacbua canxi so v i nhi u n c trên th  gi i Vi ề   t Nam chúng ta do đi u

ậ ợ ẵ ấ ễ ệ ả ki n thu n l i s n có c  cácbua canxi và hydro cacbon nên r t d  dàng cho

ệ ả ừ ệ ồ ấ vi c s n xu t Axetylen t hai ngu n nguyên li u trên.

ả ừ ấ a. S n xu t Axetylen t cacbuacanxi.

0600 C

ả ứ ủ Ph n  ng chính c a quá trình:

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) CaO + 3C CaC2 + CO

(cid:0) ả ỉ Nhìn chung ch  có kho ng 70 ả ứ    80% Canxi cacbua tham gia ph n  ng

(cid:0) ứ ừ ả ẩ ậ vì v y trong s n ph m luôn ch a t 12 15% CaO.

ớ ướ ố ụ ­ Tác d ng v i n ể ạ c và Cacbua Canxi đ  t o ra Axetylen và vôi t t:

CaC2 + H2O (cid:0) C2H2 + CaO

ệ ả ổ ỷ ỹ ấ Ta th y nhi t to  ra khi phân hu  cacbua Canxi k  là t ng nhi ệ ủ   t c a

ả ứ ớ ướ ụ ớ ướ ụ ủ ph n  ng tác d ng c a cacbua canxi v i n c và tác d ng vôi v i n c.

6

CaO + H2O (cid:0) Ca(OH)2

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ả

ấ

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

ử ụ ể ặ ố Khi s  d ng cácbon trong quá trình này có th  là c c ho c nguyên

ệ ử ụ ườ ư ẫ ạ ấ ấ ợ li u s  d ng th ng có l n các t p ch t nh  MgO, h p ch t S, P, Al, Fe…

ẽ ả ả ứ

ụ do dó s  x y ra các ph n  ng ph . MgO +3C (cid:0) MgC2 + CO

Ca3(PO4)2 + 8C (cid:0) Ca3P2 + 8CO

ề ạ ả ứ ẫ ấ ả ạ ấ   Do trong ph n  ng có l n nhi u t p ch t mà b n thân các t p ch t

ỏ ỗ ả ứ ế ợ ố này khó tách ra kh i h n h p ph n  ng, do đó n u mu n tách ra thì chúng

ạ ỉ ể ệ ầ ậ ộ ỉ ạ   ta ch  có th  tách m t ph n do vi c lo i x . Chính vì v y mà Axetylen t o

3, NH3, SiH2, CH4, H2, CO2 và

ộ ượ ẫ ư ợ thành luôn có l n m t l ấ ng h p ch t nh : PH

ể ạ ạ ạ ả CO… Do đó Axetylen t o ra luôn ph i qua giai đo n làm s ch. Có th  dùng

ặ ướ ể ạ ấ andehyt eromic trên đ t nung ho c dùng n c Javen đ  làm s ch. Sau đó

ẩ ượ ử ể ể ằ ấ Axetylen thành ph m đ c r a b ng ki m đ  trung hoà Axit và s y khô

2.

b ng Hằ ặ 2SO4 ho c CaCl

4:

0

T  CHừ

400 600 C Ni

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) 2CH4 C2H2 + 3H2

0

1500 C

Oxi hoá metan:

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) 4CH4 + O2 2C2H2 + 2CO2 + 4H2

ấ ả ấ ươ Ta th y Axetylen s n xu t theo ph ng pháp Canxi Cacbua thì chi

ượ ầ ư ệ ố phí năng l ố ớ ng đi n tiêu t n l n, v n đ u t cao nên ngày nay Axetylen

ượ ả ươ ệ ủ ế ch  y u đ ấ c s n xu t theo ph ng pháp nhi t phân hydrô các bon và quá

ả ấ ươ ệ trình s n xu t theo ph ng pháp nhi ả   t phân hydrô cácbon. Và quá trình x y

ạ ả ấ ộ ổ ợ ạ ạ ơ ra m t giai đo n cho phép t ng h p Axetylen khi s n xu t ra l i s ch h n.

ả ừ ấ b. S n xu t Axetylen t Hyđrô cacbon.

ướ ế ớ ế ể ả ứ ấ Nhìn chung tr c chi n tranh th  gi i th  hai đ  s n xu t Axetylen

2. Nh ng trong th i gian g n đây

ườ ủ ế ệ ư ầ ờ ng i ta ch  y u dùng nguyên li u là CaC

ừ ủ ế ữ ở ượ ả ấ ừ tính t nh ng năm 50 tr  đi thì Axetylen ch  y u đ c s n xu t t hydrô

7

ổ ủ ụ ề ệ ế ằ ớ ị cacbon. V i m c đích nh m xác đ nh các đi u ki n bi n đ i c a hydrô

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ả

ấ

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

ờ ự ờ cácbon parafin thành Axetylen… và cũng trong th i gian này nh  s  phát

ể ủ ệ ệ ể ả ấ tri n c a Cracking nhi t và nhi t phân hydro cacbon đ  s n xu t olêfin do

ỹ ượ ứ ệ đó các nhà nghiên c u đã tích lu  đ ế ẫ   ả ề c kinh nghi m c  v  lý thuy t l n

ự ế ể ể ế ế ế ị ả th c t đ  cho phép phát tri n và thi t k  các thi ấ t b  s n xu t Axetylen:

(cid:0) ệ ị ệ ở ệ ộ ớ trong công ngh  này hydro cacbon b  nhi t phân nhi t đ  cao (t i 1100

ệ ạ ệ ộ ả ứ ấ ắ ờ 15000C) trong đi u ki n đo n nhi ề t đ  và th i gian ph n  ng r t ng n (t ừ

ả ẩ ượ ạ 0,005  (cid:0) 0,02 giây). Sau đó s n ph m đ c nhanh chóng làm l nh đ  h ể ạ

ệ ộ ế ạ ằ ố ỷ nhi ả ứ t đ  xu ng nh m h n ch  các ph n  ng phân hu  Axetylen. Quá trình

ả ứ ậ ồ ỷ ị phân hu  hydro cácbon thành Axetylen bao g m các ph n  ng thu n ngh ch

4 và C2H6.

ẹ ư ệ ớ sau, v i nguyên li u là hydrô cacbon nh  nh  CH

298 = 87,97 KCal/mol

(cid:0) H0 2CH4  ﾃ C2H2 + 3H2;

298 = 71,7 KCal/mol

(cid:0) H0 C2H6  ﾃ C2H2 + 2H2;

ả ứ ả ứ ệ ể ề Các ph n  ng này đ u là ph n  ng thu nhi ả   t và đi n hình là ph n

ứ ủ ể ề ể ằ ả ỉ ị ng tăng th  tích, cân b ng c a chúng ch  d ch chuy n v  ph i khi nhi ệ ộ  t đ

(cid:0) ả kho ng 100 3000C (hình 1).

ằ ủ ườ ộ ể Hình 1: Đ ng cong đ  chuy n hoá cân b ng c a metan và etan thành

8

ở Axetylen 0,1 Mpa

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ả

ấ

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

ự ế ớ ả ứ ụ Tuy nhiên trong th c t ầ   ậ ố  v i m c đích tăng v n t c ph n  ng thì c n

4  và 12000C đ i v i ố ớ

(cid:0) ộ ệ ộ ớ ơ ừ ố ớ m t nhi t đ  l n h n t 1500 16000C đ i v i CH

ỏ ệ ả ứ ạ Hydrô cacbon l ng, khi nhi t phân parafin, ph n  ng t o thành Axetylen có

4 và C2H6 có th  đ

ỗ ố ế ể ỗ ể ượ ơ c  ch  chu i g c trong chu i chuy n hoá CH c trình

-2H

2H

2*CH

2

c h 2

2

2

c h 3

- c h 4

h 2

h 2

CH CH

c h 3 c h 3

c h 2 = c h 2

bày sau:

ượ ữ Nhìn chung trong các khí thu đ c ngoài nh ng parafin vào olêfin

ử ấ ộ ượ ỏ phân t th p còn m t l ng nh  benzen nhóm Axetylen ­ metylaxetylen

ế ế ằ ươ ng pháp này là khá (CH3  ­ C ­ CH3)… Tuy ch  bi n Axetylen b ng ph

ứ ạ ủ ế ả ứ ụ ề ả ph c t p do x y ra nhi u ph n  ng ph  mà ch  y u là phân hu  C ỷ 2H2

0C và đ t t c đ  l n  ạ ố

ả ứ ệ ấ ở t nh t 1000 ộ ớ ở thành C và H2, ph n  ng này mãnh li

2H2, k t quế

ạ ệ ộ ể ượ 1200 (cid:0) 16000C nghĩa là khi đ t nhi ầ t đ  yêu c u đ  có đ c C ả

ả ứ ữ ế ệ ạ ị quan sát nh ng h  ph n  ng liên ti p, trong Axetylen t o thành b  phân hu ỷ

23H

ộ thành H2 và C (mu i than).

4

2

2

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) 2CH + 2C H C H 2

ả ứ ữ ả Ngoài ra trong quá trình còn x y ra nh ng ph n  ng không mong

ư ả ứ ạ ố ộ mu n cũng t o mu i nh  ph n  ng.

22H

CH4  (cid:0) C + 2H2

4

4

2

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) + 2C 2H 2C H 2 C H 2

C2H6  (cid:0) 2C + 3H2

ề ườ ệ ệ ợ ỉ ư Cũng nh  nhi u tr ấ ả   ề ng h p khác, vi c đi u ch nh hi u su t s n

9

ể ạ ượ ẩ ờ ự ả ứ ể ộ ph m trung gian có th  đ t đ c nh  s  gi m m c đ  chuy n hoá hydro

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ả

ấ

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

ả ứ ệ ầ ằ ả ấ ờ cacbon ban đ u b ng cách gi m th i gian ph n  ng. Do hi u su t Axetylen

ự ố ứ ể ấ ả ớ ộ cao nh t khi s  c  hoá x y ra v i m c đ  chuy n hoá hyđrô cacbon ban

0C và th i gian l u trong vùng ph n  ng là 0,01 giây và đ  tránh

ả ứ ư ể ờ ầ đ u là 150

2H2 c n ph i tôi th t nhanh khi ph n  ng (phun

ủ ả ứ ầ ả ậ ế ự s  phân rã ti p theo c a C

2H2 không

ướ ệ ộ ả ự ế ị n c). Khi đó nhi t đ  gi m nhanh đ n giá tr  mà s  phân rã C

ả x y ra.

ơ ế ủ C  ch  c a quá trình

ệ ạ ầ Quá trình nhi t phân hyđrô cacbon khí hay phân đo n đ u chúng ta

ế ể ầ ổ ệ ủ ơ ấ hi u ph n nào c  c u bi n đ i nhi t c a Hyđrô cacbon khác nhau trong

(cid:0) ỉ ề ư ệ ệ ệ ộ ả ừ nguyên li u nh ng ch  đi u ki n nhi ừ t đ  cao v a ph i (t 700 8000C).

2H2  l

ạ ạ ế ở ệ ộ ả ứ Trong khi đó ph n  ng t o thành C i ti n hành nhi t đ  cao (trên

ứ ụ ể ơ ấ ư ư ộ 10000C) và c  c u cũng ch a nghiên c u c  th , vì ch a có m t lý thuy t ế

2H2. Khi phân hu  nhi

ố ỷ ệ ấ ạ th ng nh t t o thành C ả   t hyđrô cacbon trong kho ng

ữ ứ ấ ả ế 1100 (cid:0) 15000C. Tuy nhiên nh ng nghiên c u đã cho th y gi ế    thuy t đi đ n

ổ ơ ấ ể ở ệ ộ ậ ự s  thay đ i c  c u Cracking khi chuy n hoá nhi t đ  cao là làm ch m đi

ả ứ ơ ấ ố ự ể ạ ố các ph n  ng phát tri n m nh theo c  c u g c t do và làm tăng t c đ ộ

ỉư ấ ử ả ứ ậ ỷ ủ c a quá trình phân hu  kh  c u trúc phân t ạ   . Các ph n  ng b c hai t o

(cid:0) ư ả ẩ ụ ạ ả ả ố thành   các   s n   ph m   ng ng   t và   t o   c c   x y   ra   trong   kho ng   900

ở ệ ộ ạ ả ứ ấ 10000C. Song nhi t đ  cao chúng ta l ỷ ạ   i th y ph n  ng phân hu  t o

ứ ự ẳ ạ ộ thành Hyđrô, mu i cácbon và Axetylen. Ch ng h n khi nghiên c u s  phân

(cid:0) ỷ ủ ế ố ừ hu  c a Metan trên đây thì cácbon đ t nóng đ n 1500 17000C (t đây các

ẩ ạ ượ ỏ ườ ả s n ph m t o ra nhanh chóng đ c tách ra kh i môi tr ả ứ ng ph n  ng) ta

ộ ủ ự ế ấ ằ ề ả ẩ ậ ổ ợ ớ   th y r ng s n ph m b c m t c a s  bi n đ i là etan đi u đó phù h p v i

ả ở ơ ấ ư ơ ấ ượ c  c u đ c gi i thích b i c  c u Kasale nh  sau:

T : ừ CH4 (cid:0) [CH2] + H2

10

[CH2] + CH4 (cid:0) C2H6

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ả

ấ

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

C2H6 (cid:0) C2H4 + H2

C2H4 (cid:0) C2H2 + H2

C2H2 (cid:0) 2C + H2

ừ ể ẳ ị ượ ằ ớ ề ầ T  đây chúng ta có th  kh ng đ nh đ c r ng v i ti m năng d u khí

ướ ủ ầ ượ ế ầ ủ c a n c ta mà thành ph n chính c a khí khi khai thác đ c h u h t là

ệ ể ệ ấ ậ ự   parafin nên hi u su t chuy n hoá cao. Vì v y vi c khai thác và xây d ng

ể ằ ả ấ ừ các nhà máy nh m phát tri n s n xu t Axetylen t khí thiên nhiên và khí

ấ ố ồ đ ng hành là r t t t.

ươ ấ ả c. So sánh hai ph ng pháp s n xu t Axetylen.

ả ấ ừ Nhìn   chung   hai   quá   trình   s n   xu t   Axetylen   t hyđro   cacbon   và

ữ ư ấ ẫ ợ ượ cacbuacanxi là r t phù h p. Song chúng v n có nh ng  u và nh ể c đi m.

ố ớ ấ ừ ả Đ i v i quá trình s n xu t Axetylen đi t hyđro cacbua là quá trình

ộ ướ ầ ư ố ượ ả x y ra theo m t h ầ ng, do đó c n v n đ u t và năng l ơ ng ít h n , bên

ạ ệ ậ ẫ ồ ạ c nh đó l ồ i có ngu n nguyên li u là khá r i dào. Tuy v y nó v n có m t s ộ ố

ượ ể ả ấ ừ ả nh c   đi m   là:   s n   xu t   Axetylen   đi   t ẩ   t   hyđro   cacbon   thì   s n   ph m

ượ ộ ệ ố ầ ả Axetylen thu đ ạ   c là loãng và c n ph i có m t h  th ng tách và làm l nh

ứ ạ ph c t p.

ố ớ ả ấ ừ Còn đ i v i quá trình s n xu t Axetylen đi t Canxicacbua cũng có

ộ ố ư ể ệ ồ ướ ề ồ m t s   u đi m là có ngu n nguyên li u d i dào do n ệ   c ta có đi u ki n

ậ ợ ề ẩ ượ ậ ặ thu n l ả i v  than đá và đá vôi, s n ph m là Axetylen thu đ c đ m đ c có

ấ ứ ể ổ ợ ộ ạ đ  s ch cao (99,9%) do đó có th  dùng b t c  cho quá trình t ng h p nào.

ộ ố ậ ẫ ượ ể Tuy v y nó v n còn có m t s  nh c đi m là: Chi phí năng l ượ   ng

ệ ượ ầ ư ệ ả ớ l n (cho vi c thu đ c C ậ   ấ ớ  cho s n xu t l n vi c v n ố 0C2) và v n đ u t

ệ ặ ề ệ ể ệ ọ chuy n nguyên li u khó khăn và đi u ki n làm vi c n ng nh c.

ấ ủ

II. Tính ch t c a etylen.

ọ ấ 1. Tính ch t lý h c ộ ở ề ệ ườ đi u ki n th ng có:

ấ Etylen là m t ch t khí không màu  11

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ả

ấ

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

ệ ộ  Nhi t đ  sôi là : 103,80C

ệ ộ  Nhi t đ  nóng ch y ả : ­169,20C

ệ ộ t đ  sôi : 0,5700C  Tỷ tr ng nhi ọ

ệ ộ ớ ạ  Nhi t đ  t i h n : ­136,10C

ấ ớ ạ  áp su t t i h n : 4,95 Mpa.

ố ệ ể ố ỏ ỉ ở ấ Th ng kê các s  li u trên ta th y etylen ch  có th  hoá l ng nhi ệ   t

3 sôi.

ấ ạ ở ằ ộ ấ đ  th p, áp su t cao và làm l nh b ng NH

ớ ạ ổ ớ ộ ỗ ể ồ ợ Gi i h n n ng đ  h n h p n  v i không khí là 30/32% th  tích.  Bên

ộ ố ữ ễ ấ ạ c nh đó etylen có m t s  tính ch t khác n a là: etylen d  hoà tan trong dung

ự ở ứ ể ướ môi có c c (axeton, fufurol…) nhi ệ ộ 0C thì c  4 th  tích n t đ  0 c hoà tan

ộ ể trong m t th  tích etylen.

0C,

ở ệ ộ ề Etylen b n khi nhi ệ ộ ướ t đ  d i 350 trên nhi ắ   t đ  này thì nó b t

ỷ ầ đ u phân hu .

ọ ấ 2. Tính ch t hoá h c.

ứ ế ộ ộ Etylen là m t hyđrô các bon không no có ch a m t liên k t đôi C = C

ử ế ộ ự trong phân t , trong liên k t đôi có m t liên k t ế (cid:0)  do s  xen ph  tr c c a ủ ụ ủ

ộ ự ế (cid:0) ạ hai electron lai t o và m t liên k t ủ ề ủ , do s  xen ph  b nc a hai electron p,

ấ ả ử ố ớ ử ề ộ t t c  các nguyên t n i v i hai nguyên t ặ   ằ  cácbon đ u n m trên m t m t

ị ở ỗ ố ẳ ớ ố ph ng v i hai cacbon đó và g c hoá tr ằ    m i cácbon mang n i đôi b ng

(cid:0) ụ ủ ẳ ạ ặ 1200. Hai tr c c a electron p song song nhau t o thành m t ph ng th ngẳ

ẳ ớ ặ góc v i m t ph ng.

ự ạ ế (cid:0) ấ Th c ch t liên k t ế (cid:0)   t o thành là do obitan liên   k t có m t đậ ộ

ẫ ướ ử ố ủ ả electron bao ph  c  phía trên l n d i hai nguyên t các bon mang n i đôi

0 ng n  h n so v i liên k t ế

ế ằ ế ộ ắ ớ ơ khi liên k t đôi có đ  dài liên k t b ng 1,34 A

0). Năng l

ượ ế ằ ơ đ n (1,54A ng liên k t đôi C = C b ng 145,8 KCal/mol trong khi

12

ế ơ ở ượ ỉ ằ đó liên k t đ n ch  b ng 82,6 KCal/mol, ấ ằ  đây ta th y r ng năng l ng  liên

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ả

ấ

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

ớ ơ ượ ủ ằ k t  ế (cid:0)   l n  h n  năng  l ế (cid:0) ng   c a   liên   k t và  b ng  145,8  ­  82,6  =  63,2

ư ậ ượ ớ ượ KCal/mol. Nh  v y năng l ng liên k t ế (cid:0)  l n h n năng l ơ ế (cid:0) ng liên k t và

ệ ề ỏ ả ấ ộ đ  chênh l ch vào kha ng 20KCal/mol đi u này gi i thích tính ch t kém

ủ ả ứ ủ ế ả ế (cid:0) ề b n c a liên k t ả    và kh  năng ph n  ng cao c a liên k t đôi. Các ph n

ứ ấ ủ ả ứ ả ứ ọ ộ ng quan tr ng nh t c a Etylen là ph n  ng c ng, ph n  ng oxi hoá và

ả ứ ợ ph n  ng trùng h p.

ả ứ ộ a. Ph n  ng c ng.

ả ứ ủ ư ế ặ ộ ở Đ c tr ng c a etylen là ph n  ng c ng và liên k t đôi, ế    đây liên k t

ự ạ ị ẻ ẫ ớ ử ế (cid:0) ấ đôi th c ch t là liên k t l ế ợ i b  b  g y và k t h p v i hai nguyên t ặ    ho c

ử ớ ạ ấ ợ hai nhóm nguyên t m i t o ra h p ch t no.

2: CH2 = CH2 + H2 (cid:0)

­ V i Hớ

CH3 ­ CH3 + 32,8 Kcal/mol.

ả ứ ể ả ệ đây có th  coi là ph n  ng to  nhi t.

ấ ễ ạ ớ ộ ố ẫ   ­ V i Halogen: Khi c ng vào n i đôi etylen r t d  dàng t o ra d n

ấ ở ử xu t đi halogen, có hai halogen dính nguyên t ạ  Cacbon c nh nhau.

CH2 = CH2 + Cl2 (cid:0) CH2Cl ­ CH2Cl (1,2 dicloetan).

ủ ế ẫ ớ ộ ấ   ­ V i halogenua: (HX) khi c ng liên k t đôi c a etylen cho d n xu t

ố ớ ả ứ ễ ả mônô halogen, ph n  ng x y ra khá d  dàng đ i v i hydro iotdua và khó

ấ ố ớ nh t đ i v i hydrô Clorua.

CH2 = CH2 + HI (cid:0) CH3 ­ CH2 ­  I (Etyl Iotdua).

ụ ị ướ ẩ ả ặ ớ ­ Tác d ng v i dung d ch n c Clo ho c Br cho s n ph m là các

ườ ạ ộ ợ ơ halogen Hydrin. Trong tr ng h p có tác nhân ho t đ ng là axit Hypoclor

CH2 = CH2 + HOCl (cid:0) HOCH2 ­ CH2Cl (etylen Clohydrin).

ớ ướ ­ V i n c:

CH2 = CH2 + H2SO4 (cid:0) CH3 ­ CH2 ­ OSO3H (Etyl Sunfat axit).

13

ả ứ b. Ph n  ng oxi hoá.

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ấ

ả

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

ế ỏ ị ứ   Oxi hoá đ n etylen axetan dehit trong dung d ch HCl pha l ng ch a

ứ ấ ồ ỷ ạ   Clorua Pd và đ ng. Thu  phân ph c ch t này cho axetandehit và kim lo i

2H O

Pd.

+ +

+ + (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) -

[

]

2

2

2

2

2

3

2

= CH CH PdCl = CH CH Pd 2H 2Cl C H PdCl 4

ả ứ ợ c. Ph n  ng trùng h p.

ề ả ệ ả ợ Quá trình trùng h p to  nhi u nhi ợ   t kho ng 800 KCal/Kg (trùng h p

2 = CH2 (cid:0)

ở ể th  khí): nCH (Polyetylen). [­CH2 ­ CH2 ­ ]n

ề ế 3. Đi u ch  Etylen.

ệ ườ ế ừ ượ Trong phòng thí nghi m Etylen th ề ng đi u ch  t ằ    R u etylic b ng

ơ ở ệ ộ nhi t đ  cao. ặ cách dùng H2SO4 đ c cho bay h i đi qua (cid:0) ­Al2O3

ướ ừ ượ ớ ậ ớ Tách n c t r ụ u khi tác d ng v i H ở ặ 2SO4  đ m đ c v i etanol

0

H SO 170 C 4

2

ượ 160(cid:0) 1700C ta đ c etylen.

0

H SO 600 C 4

2

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) C2H5OH C2H4 + H2O

2

2

2

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) C H OH 5 + C H H O 4

ệ ườ ề ế ừ Trong công nghi p ng i ta đi u ch  etylen t ặ   ố  khí than c c và đ c

ệ ầ bi ỏ t là Cracking d u m .

ể ề ế ằ Cũng có th  đi u ch  etylen b ng cách hydrô hoá khí Axetylen có xúc

Xt

tác:

(cid:0) (cid:0) (cid:0) CH (cid:0) CH + H2 CH2 = CH2.

ấ ủ III. Tính ch t c a Axit HCl.

ấ ủ ắ ấ ộ Tính ch t c a HCl là m t ch t khí không màu, có mùi h c và gây kích

14

ấ ộ ạ ạ ướ ở ạ thích niêm m c, r t đ c. HCl tan m nh trong n c, nó d ng khan và

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ấ

ả

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

ề ả ạ ộ ệ ỉ không có kh  năng ăn mòn kim lo i, là m t khí b n nhi ị t. Ch  b  phân hu ỷ

0C.

ẹ ế ệ ộ nh  n u nhi t đ  trên 15

3, có

ạ ỷ ọ ấ HCl d ng nguyên ch t không có màu, có t tr ng d = 1,35 g/m

2  trong dãy

ứ ể ằ ộ ướ phân t ử ượ  l ng b ng 36,5 là m t axit đi n hình, đ ng tr c H

ộ ớ ệ ạ ả ộ ồ ị đi n hoà, HCl là m t axit m nh dung d ch có n ng đ  l n kho ng 35%.

ầ ủ ấ ủ ạ ộ ư HCl mang đ y đ  các tính ch t c a m t axit m nh nh :

ụ ề ớ ­ Tác d ng v i ki m:

HCl + NaOH (cid:0) NaCl + H2O

ụ ố ớ ­ Tác d ng v i mu i:

2HCl + CaCO3 (cid:0) CaCl2 + H2O + CO2

ụ ạ ớ ­ Tác d ng v i kim lo i:

2HCl + Mg (cid:0) MgCl2 + H2

ụ ớ ­ Tác d ng v i Axetylen:

HCl + CH (cid:0) CH (cid:0) CH2 = CH2.

ươ ổ ế ế ớ ả ấ ả * Các ph ng pháp s n xu t HCl ph  bi n trên th  gi ấ   i s n xu t

H2SO4 và NaOH.

NaCl + H2SO4 (cid:0) NáHO4 + HCl

2NaCl + H2SO4 (cid:0) Na2SO4 + 2HCl

ươ Ph ng pháp Hargreaver.

S + O2 (cid:0) SO2

2NaCl + 2SO2 + O2 + 2H2O (cid:0) 2Na2SO4 + 4HCl

2 và Cl2.

ả ứ ợ ổ Ph n  ng t ng h p H

15

2HCl H2 + Cl2 (cid:0)

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ấ

ả

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

ươ ư ộ ả ụ ủ ẩ Ph ng pháp thu HCl nh  m t s n ph m ph  c a quá trình Clo các

ấ ữ ơ ợ h p ch t h u c .

ấ ủ ả

ẩ

B. Tính ch t c a s n ph m V­C.

ọ ấ I. Tính ch t lý h c

ẹ ở ấ ộ Vinyl Clorua (VC) là m t ch t khí không màu, có mùi ete nh  (  áp

2H3Cl.

ườ ứ ử ấ su t th ng) có công th c phân t là C

ộ ố ấ Nó có m t s  tính ch t sau:

ượ :  Tr ng l ọ ng riêng 0,969 g/cm3.

ượ  Tr ng l ọ ng phân t ử : M= 62,5 Kg/mol

ệ ộ ắ :  Nhi t đ  đóng r n ­153,70C.

ệ ộ ư ỏ  Nhi t đ  ng ng t ụ : ­13,90C ấ r t khó hóa l ng

ệ ộ ớ ạ :  Nhi t đ  t i h n 1420C

ệ ộ ố :  Nhi t đ  b c cháy 415 KCal/kg

ệ ộ  Nhi t đ  nóng ch y ả : 18,4 KCal/kg

0C:

 Nhi ệ ộ ố ơ ở t đ  b c h i 25 78,5 KCal/kg

ệ ạ  Nhi t t o thành : ­83 (cid:0) 8 KCal/Kg

ệ  Nhi ợ t trùng h p : ­366 (cid:0) 5 KCal/kg

0C: 0,83 KCal/kg đ .ộ

ệ ủ ỏ ở  Nhi t dung riêng c a VC l ng 25

0C: Chi phí = 0,207 KCal/kg độ

ệ ơ ở ủ  Nhi t dung riêng c a VC h i 25

0 = 1,83

ạ ủ ệ ố ỏ  H  s  khúc x  c a VC l ng: N

ỷ ọ ự ệ ỷ ọ ủ ỏ  T  tr ng: Công th c th c nghi m tính t ứ tr ng c a VC l ng đ ượ   c

ư ị xác đ nh nh  sau:

2

d = 0,9471 ­ 0,176 . 102. t ­ 0,324 .105. t2

ỉ ọ ủ ỏ Trong đó:  d: Là t  tr ng c a VC l ng, g/cm

0C.

ệ ộ ủ ỏ t: nhi t đ  c a VC l ng, 0

16

ả Ta có b ng sau:

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ấ

ả

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

ỷ ọ ụ ủ ả ộ B ng 1: T  tr ng c a VC ph  thu c vào nhi ệ ộ t đ .

ệ ộ 0C) t đ  (

Nhi ỷ ọ T  tr ng ­15 0,9730 25 0,9014

ấ ơ ủ ấ ơ ứ ự ệ áp su t h i: Ta có công th c th c nghi m tính áp su t h i c a VC

EgP = 0,8420 ­ = 1,75LgT ­ 0,002415.T 1130,9 T

ấ ơ ủ Trong đó:  P: áp su t h i c a VC (at)

0C)

ệ ộ ơ ủ T: nhi t đ  h i c a VC (

ấ ơ ủ ả B ng 2: áp su t h i c a VC.

ệ ộ 0C) t đ  ( Nhi ấ áp su t (mmHg) ­87,50 10 ­55,8 100 ­13,37 760 62,2 2258 46,8 5434

ớ ộ ­   So   v i   Axetylen,   etylen   hay   HCl   thì   đ   tan   trong   n ướ ở   c     1

ọ ượ Axetaldehit là 0,5 tr ng l ng.

(cid:0) ớ ạ ộ ổ ủ ồ ợ ớ ừ ­ Gi ỗ i h n n ng  đ  n  c a h n h p v i không khí là t 3,62

ể 26,6% th  tích.

ộ ủ ộ ơ ộ ơ ớ ­ Tính đ c c aVC: VC đ  h n so v i Clorua etyl và ít đ  h n Clofooc

ả ậ ộ ấ   và tetra Clorua Cacbon, VC có kh  năng gây mê qua các b  ph n hô h p

ườ ơ ể ộ ế ậ ớ ỉ ủ c a con ng i và c  th  đ ng v t. Khi ti p xúc v i VC thì ch  trong 3 phút

ể ị ế ế ờ ơ ớ chúng ta có th  b  choáng váng. N u ti p xúc v i th i gian lâu h n thì có

ể ị ụ ế ượ th  b  g c ngã. N u hàm l ng VC trong không khí là 0,5% thì con ng ườ   i

ể ờ ụ ệ có th  làm vi c trong vài gi mà không có tác d ng sinh lý nào.

ọ

ấ II. Tính ch t hoá h c.

2 = CHCl

ọ ứ ­ VC có công th c hoá h c: CH

H H H = C H Cl

17

ứ ầ ạ ủ ­ Công th c c u t o c a VC:

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ả

ấ

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

ế ử ộ ộ Do có liên k t đôi và nguyên t ệ    Clo linh đ ng (Clo có đ  âm đi n

ả ứ ả ứ ủ ủ ế ọ ớ   l n) nên các ph n  ng hoá h c c a VC là ph n  ng c a liên k t đôi và

ả ứ ử ộ ủ ph n  ng c a nguyên t Clo linh đ ng.

ấ ộ ướ ư ả VC là m t ch t không tan trong n c nh ng nó có kh  năng tan trong

ữ ơ ư ơ ượ các dung môi h u c  nh  Axetôn, R u etylic, hydro cacbon th m và hydro

ẳ ạ cacbon m ch th ng.

ử ộ ộ Nhìn chung trong phân t ế ố  VC có m t liên k t n i đôi và m t nguyên

ử ả ứ ủ ế ả ứ ữ ộ ọ t ế    Clo linh đ ng, do đó ph n  ng hoá h c ch  y u là nh ng ph n  ng k t

ả ứ ủ ặ ử ử ợ h p ho c ph n  ng c a nguyên t Clo trong phân t VC.

ả ứ ướ ữ ả D i đây là nh ng ph n  ng và VC có kh  năng tham gia.

ả ứ ố 1. Ph n  ng n i đôi.

ả ứ ợ ộ a. Xét ph n  ng c ng h p.

ụ ề ệ ớ VC cho tác d ng v i halogen cho ta 1,2 dicloetan trong đi u ki n môi

3. Do

(cid:0) ườ ở ế tr ng khô 140 1500C ho cặ  800C và có chi u sáng xúc tác là SbCl

ủ ớ đó khi có xúc tác c a AlCl ả ứ 3 thì VC ph n  ng v i HCl.

CH2 = CHCl + HCl (cid:0) Cl ­ CH3Cl

2: CH2 = CHCl + H2 (cid:0)

V i Hớ

CH3 ­ CH2Cl

(cid:0) ả ứ ủ ả ở Khi x y ra ph n  ng oxi hoá c a VC nhi ệ ộ ừ t đ  t 50 1500C thì sự

ặ ủ ẽ ễ ạ có m t c a HCl s  d  dàng t o ra mônoaxetandehit.

CH2 = CHCl + Cl ­ CH2 ­ CHO O2 (cid:0) 1 2

ử ứ ể ố Do phân t ả ứ    có ch a n i đôi nên VC có th  tham gia vào ph n  ng

ợ ạ ộ ả ẩ ọ trùng h p t o PVC, đây là m t s n ph m quan tr ng.

2CH2 = CHCl (cid:0) (cid:0)

18

[­ CH2 ­ CH ­ ]n             Cl

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ấ

ả

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

ả ứ 2. Ph n  ng c a phân t Clo.

ủ ả ứ ử ủ Ta xét ph n  ng th y phân.

+

NaOH

ề ớ ỏ ị Khi đun nóng v i ki m HCl b  tách ra kh i VC cho ta axetylen.

2

2

+ (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) = CH CHCl + CH CH NaCl H O

ụ ớ Khi cho tác d ng v i acolat hay fenolat cho ta este VC.

CH2 = CHCl + RONa (cid:0) CH2 = CHOR + NaCl

ể ạ ượ ợ ấ ơ Đ  t o đ c h p ch t c  kim:

ấ ượ ng CH2 = CHCl + Mg (cid:0) CH2 = CH ­ Mg ­ ch t l

ừ ẳ ị ượ ằ ế ệ ề ể T  đây ta có th  kh ng đ nh đ c r ng n u trong đi u ki n không có

0C thì VC có th  b  phân hu  và t o thành Axetylen và HCl,

ở ể ị ạ ỷ không khí 450

ừ ả ứ ạ ế ụ cũng t đó do quá trình ph n  ng izome hoá Axetylen l ả ứ   i ti p t c ph n  ng

ộ ượ ạ ấ ượ ỏ ề và t o ra m t l ng nh  2 ­ ch t l ệ   ng ­ 1,3 ­ butadien, còn trong đi u ki n

2 và HCl.

ẽ ị ạ có không khí thì VC s  b  oxi hoá ­ hoàn toàn và t o thành CO

ả ả * B o qu n VC.

ướ ệ ế ấ ạ ỹ Tr ậ ả c đây do công ngh  và k  thu t s n xu t còn h n ch  nên khi

ả ấ ả ố ượ ả ả ả s n xu t ra VC mu n b o qu n đ c lâu và đ m b o an toàn cho công tác

ể ườ ườ ộ ượ ả ể ứ ỏ ậ v n chuy n ng i ta th ng ph i cho m t l ng nh  Phenol đ   c ch ế

ả ứ quá trình ph n  ng Polime hoá.

ớ ươ ệ ấ ạ Ngày nay v i các ph ệ ả ng pháp và công ngh  s n xu t hi n đ i, con

ườ ả ấ ượ ớ ộ ạ ế ng i đã s n xu t ra đ c lo i VC v i đ  tinh khi ầ   t cao mà không c n

ấ ứ ế ả ả ồ ờ ượ ớ ướ ch t  c ch  trong b o qu n đ ng th i do đ ạ c làm s ch v i n c nên VC

ể ả ả ả ượ không có kh  năng gây ăn mòn và có th  b o qu n đ c trong các thùng

19

ườ thép cácbon th ng.

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ả

ấ

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

ươ

ươ

ả

Ch

ng II: Các ph

ấ ng pháp s n xu t vinyl clorua

ườ ế ỷ ướ ủ ữ ệ Th ng thì vào nh ng năm 1830 c a th  k  tr c do công ngh  và

ỉ ượ ả ấ ự ả ứ ậ ỹ k  thu t còn kém nên VC ch  đ c s n xu t d a trên ph n  ng dehydro

ế ậ ờ ượ ả ứ hoá 1,2 diCloetan, song mãi đ n 1902 nh  nh n đ c ph n  ng Cracking

ệ ư ấ ả ề ấ ộ nhi t 1,2 diCloetan. Nh ng t ả t c  đ u không m y kh  quan, do đó bu c các

ứ ư ề ề ả ọ nhà khoa h c ph i có nhi u công trình nghiên c u và đ a ra nhi u ph ươ   ng

ố ư ư ứ ề ơ ọ pháp có tính t i  u h n, và sau nhi u năm nghiên c u h  đã đ a ra đ ượ   c

ươ ả các ph ng pháp có tính kh  quan sau:

ệ  Nhi t phân diCloetan ­ 1,2

ấ ừ ả  S n xu t t etylen

ươ  Ph ợ ng pháp liên h p

 Clo hoá etan

 Hydrô hoá Axetylen

ả

ừ

ấ I. S n xu t VC đi t ớ

1,2 diCloetan. ệ ủ

ấ ả ừ V i công ngh  c a quá trình s n xu t VC đi t 1,2 diCloetan có th ể

ươ ử ụ s  d ng theo hai ph ng pháp sau:

ề ề ỏ  Ki m hoá đ hydrô hoá trong pha l ng.

ệ ơ  Nhi t phân trong pha h i.

ả ứ

Ph n  ng chính: Cl ­ CH2 ­ CH2 ­ Cl  (cid:0) CH2 = CH ­ Cl + HCl:  (cid:0) H298 = 100,2 KJ/mol

1. Quá trình trong pha l ng.ỏ

ề ề ế ớ ả ứ   So v i nhi u quá trình khác thì quá trình đi u ch  VC thì ph n  ng

ượ ự ế ị ụ ể ụ ồ ớ ế ị đ ệ c th c hi n trong thi t b  hình tr ki u đ ng tr c, v i thi t b  có v ỏ

20

ể ế ả ứ ầ ấ ọ b c  ngoài và có cánh khu y. Đ  ti n hành ph n  ng đ u tiên ta có dung

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ấ

ả

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

ượ ố ế ị d ch NaOH ti p sau đó là r u và cu i cùng là diCloetan (Cho t ừ ừ ừ  t ), t đây

ượ ạ ả ứ VC đ c t o thành theo ph n  ng sau:

Cl ­ CH2 ­ CH2 ­ Cl + 2NaOH (cid:0) CH2 = CH ­ Cl + NaCl + H2O

ỉ ệ ứ ầ ị Đúng theo t  l ề    thì c  1 lít diCloetan thì c n 1,1 lítdung d ch ki m

ượ ư ượ (42% NaOH) và 0,26 lít r u metylic, nh ng do r u etylic hoà tan trong

ả ế ả ứ ề ườ diCloetan và nhi u nên ph n  ng ph i ti n hành trong môi tr ồ ng đ ng th ể

(cid:0) ệ ộ ả ạ ả ứ có nghĩa là nhi t đ  ph n  ng ph i đ t 60 700C th i gian t ờ ừ (cid:0)  4 5 gi ,ờ

(cid:0) ấ ế ị áp su t trong thi t b  là 0,2 ầ ư   0,4 axetan dehit. C n l u ý trong quá trình

ả ứ ễ ị ạ ỷ ư ề ả x y ra ph n  ng không nên cho d  ki m vì d  b  phân hu  và t o thành

Axetylen.

CH (cid:0) Cl ­ CH2 ­ CH2 ­ Cl + 2NaOH (cid:0) CH + 2NaCl + 2H2O

ả ứ ư ướ ế Trong quá trình ph n  ng n u có d  n ể ễ ị ủ   c diCloetan đ  d  b  th y

ườ ề ạ phân trong môi tr ng ki m và t o thành etylen glycol.

ả ẩ ạ ồ ượ ướ Khi s n ph m t o thành g m có VC, diCloetan, r u, n c thì ta

ư ế ụ ể ấ ủ ệ ượ ti n hành ng ng t đ  tách riêng. Và hi u su t c a VC đ c tính theo

dicloetan là 75 (cid:0) 85%.

ệ ỏ ộ ệ   Nói chung quá trình làm vi c trong pha l ng là m t quá trình khá hi u

ộ ố ẫ ả ượ ể ệ qu  trong nó v n còn có m t s  nh c đi m đó là quá trình làm vi c gián

đo n.ạ

ề  Đòi h i nhi u thi ỏ ế ị t b

ự ộ  Khó t đ ng hoá

ề ệ ể ố  Hao t n nhi u nguyên li u đ  tách riêng.

ả ầ ứ ề ấ ấ ắ ượ  C  1 t n VC thì ph i c n có 0,82 t n ki m r n và 92 g r u.

ụ ệ ể ậ ắ ượ ể ế ầ Do v y đ  có bi n pháp kh c ph c nh c đi m này ta c n ti n hành

21

ệ ặ nhi t phân không xúc tác ho c có xúc tác diclo etan trong pha khí.

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ả

ấ

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

2. Quá trình trong pha h i.ơ

ể ế ơ ướ ấ ả Đ  ti n hành quá trình s n xu t VC trong pha h i tr ế   c tiên ta ti n

(cid:0) ạ ổ ở ệ ộ hành th i diCloetan qua than ho t tính nhi t đ  480 5200C. Khi đó than

ẽ ằ ạ ố ườ ề ở ho t tính s  n m trong  ng có đ ng kính là 50mm và chi u cao 6m, đây

ả ẩ ồ ả   các s n ph m khí g m 37,5% VC, 40,8% HCl, 20,5% diCloetan không ph n

ứ ợ ả ế ả ẩ ẩ ỗ ượ ụ ng h t và 1,2% là s n ph m ph . Lúc này h n h p s n ph m đ c đem đi

ế ị ố ư ể ụ ạ làm l nh ở 0C trong thi 0 t b   ng chùm đ  đi Cloetan ng ng t ạ   . Giai đo n

0=C

ế ướ ử ụ ể ẽ ả ti p theo ta dòng n ẩ c r a đ  tách các s n ph m ph . Sau đó tat s  dùng

2SO4 đ  s y. Ta ti n hành làm l nh khí đ n ­15

ề ể ấ ế ế ạ ki m trung hoà và dùng H

và ti n hành tinh luy n.

ệ ế

ả ế ả ứ ệ ở ệ ộ Trong quá trình tinh luy n do ph n  ng ph i ti n hành nhi t đ  cao

ả ứ ể ả ụ ạ ấ nên r t có th  x y ra các ph n  ng ph  t o thành etylen và Clo.

Cl  ­ CH2 ­ CH2 ­ Cl (cid:0) CH2 = CH2 + Cl2

ượ ượ ể ạ ấ ệ ộ ườ Do l ng VC thu đ c ít nên đ  h  th p nhi ả ứ t đ  ph n  ng ng i ta

(cid:0) ộ ượ ớ ở ả dùng các xúc tác có kh  năng tách Clo v i m t l ng 0,5 1% và nhi ệ   t

0C, lúc này hi u su t c a VC đ t 70%. V i đi u ki n và th i gian

ấ ủ ệ ề ệ ạ ớ ờ ộ đ  370

0C không có xúc tác thì hi u su t VC ch

ể ế ư ậ ế ở ệ ấ nh  v y n u đ  ti n hành 400 ỉ

ả ứ ừ ể ế ở ệ ộ ạ đ t 2% . T  đó đ  tránh các ph n  ng ti n hành nhi ằ   t đ  cao và nh m

ấ ủ ệ ơ ườ ườ ạ đ t hi u su t c a VC cao h n ng i ta th ả ứ   ng dùng xúc tác cho ph n  ng

là clo và oxi.

T :ừ

g

g

2Cl Cl2 (cid:0)

2

g

g

+ + - (cid:0)

2 +

2 ClCH C HCl CH CHCl Cl

2

g

Cl ClCH CH Cl ClCH C HCl HCl = (cid:0)

2 + g Cl Cl

2

(cid:0) Cl

ấ ủ ả ứ ệ ả ươ Quá trình ph n  ng x y ra và và hi u su t c a ph ạ   ng pháp đ t

22

ẳ ị ượ ằ ươ ề ư ể 85%, và có th  kh ng d nh đ c r ng ph ể   ng pháp này có nhi u  u đi m

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ả

ấ

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

ớ ươ ề ị ượ ỏ ơ h n so v i ph ng pháp dùng dung d ch ki m r u trong pha l ng, tuy

ượ ệ ề ộ ẫ nhiên nó v n không đ c dùng r ng rãi trong công nghi p v  quá trình tách

ấ ằ ạ ẩ ả ượ ưở và làm s ch các ch t n m trong khí s n ph m thu đ ả c gây  nh h ấ   ng x u

ể ạ ợ cho quá trình trùng h p VC đ  t o PVC.

ế ả ấ * Thuy t minh dây s n xu t (hình 1).

ệ ượ ư ế ị ơ Nguyên li u là diClo etan đ c đ a vào trong thi t b  bay h i (1) ở

ơ ế ụ ư ủ ầ ố ở ph n trên c a lò  ng, trong lúc này pha h i ti p t c đ a vào vùng nhi ệ   t

ệ ợ ở ế ị ơ ượ ư phân. Sau khi nhi ỗ t phân h n h p trong thi t b  bay h i đ c đ a sang

ế ị ổ ệ ạ ồ ở ỗ ợ thi t b  trao đ i nhi t (2) r i làm l nh (3). Sau đó h n h p ti p t c đ ế ụ ượ   c

ư ể ễ ấ ụ   ư đ a sang tháp ch ng c t (4) đ  tách axit HCl. Các quá trình di n ra liên t c

ượ ư ấ ở ỉ ể ạ ỏ và VC đ ấ c ch ng c t và l y ra đ nh tháp (8). Và đ  lo i b  HCl và

ế ụ ượ ư ử ề DCE, VC ti p t c đ c đ a qua tháp r a ki m.

ượ ầ ồ DCE sau khi đ ở ạ c tách cho qua làm s ch r i tu n hoàn tr  .

ừ

II. Công ngh  t ng h p vinyl clorua t

ớ ự

ệ ổ ể

ợ ằ

etylen. ệ   ể ủ ề Có th  nói r ng v i s  phát tri n c a n n công nghi p d u m . Hi n

ệ ầ ỏ

ủ ứ ể ề ầ ạ ế nay đ  đáp  ng nhu c u đa d ng và ngày càng tăng c a n n kinh t phát

ế ớ ể ề ả ấ ấ ươ tri n trên th  gi i đã s n xu t ra r t nhi u ph ng pháp khác nhau trong đó

ươ ả ấ ừ ươ ớ ph ng pháp s n xu t VC đi t etylen là ph ề ư   ng pháp m i có nhi u  u

ữ ể ướ ượ ầ ượ ấ ố ớ đi m nh t đ i v i nh ng n c có l ỏ ớ ng d u m  l n đang đ c khai thác.

ơ ế ả ứ ủ ươ 1. C  ch  ph n  ng c a ph ng pháp.

ươ ể ả ằ ấ ừ Ph ng pháp cân b ng theo Clo đ  s n xu t VC đi t ộ    etylen làm m t

ươ ọ ph ự ế ợ   ng pháp quan tr ng trong các quá trình Clo oxi hoá. Nó là s  k t h p

ủ c a 3 quá trình.

ự ạ ộ ợ  Quá   trình   c ng   h p   tr c   ti p   Clo   và   etylen   t o   thành   1,2 ế

diCloetan.

ệ  Quá   trình   Dehydrô   Clo   hoá   nhi t   1,2   ­   diCloetan   thành   Vinyl

23

Clorua.

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ả

ấ

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

ớ ự  Quá trình Clo oxi hoá etylen thành 1,2 ­ diCloetan v i s  tham gia

ạ ủ c a HCl t o ra khi dehydro Clo hoá.

CH2 = CH2 + Cl2 (cid:0) ClCH2 = CH2Cl

2ClCH2 ­ CH2Cl (cid:0) 2CH2 = CHCl + 2HCl

CH2 = CH2 + 2HCl + 0,5 O2 (cid:0) ClCH2 ­ Ch2Cl + H2O

2CH2 = CH2 + Cl2 + 0,5O2 (cid:0) 2CH2 = CHCl + H2O

ả ừ ẽ ậ ượ ế Theo k t qu  t etylen, Clo và Oxi s  nh n đ c VC. Trong đó clo

ượ ử ụ ạ đ c s  d ng hoàn toàn và không t o thành HCl. ở ươ  ph ng pháp này không

ắ ề ậ ươ ế ầ ử ụ c n s  d ng Axetylen đ t ti n, do v y đây là ph ng pháp kinh t nh t đ ấ ể

(cid:0) ậ ợ ượ ừ ổ t ng h p VC. Giá thành mônome nh n đ ả c gi m t 25 30% so v iớ

ươ ph ng pháp hidrô Clo hoá Axetylen.

ả ứ ả ứ Các ph n  ng clo hoá và oxi Clo hoá etylen là hai ph n  ng phát

ệ ườ ườ ế ợ ả ứ ớ ệ nhi t nên ng i ta th ng k t h p nó v i ph n  ng thu nhi ả ứ   t là ph n  ng

ấ ạ ể ả ả dehydro clo hoá 1,2 dicloetan. Và đ  đ m b o năng su t t o thành VC t ừ

ự ế ổ ừ ả ế ớ ợ quá trình t ng h p tr c ti p VC t etyloen ta ph i ti n hành v i m t l ộ ượ   ng

ở ứ ệ ộ ủ ổ ợ ượ ư d  etylen ấ  m c th p và nhi t đ  c a quá trình t ng h p không đ c quá

(cid:0) ỉ ượ ớ ạ ả ừ ấ cao mà ch  đ c gi i h n trong kho ng t 300 6000C và hi u su t VC ệ

ấ ở ả ớ ườ cao nh t kho ng 350 (cid:0) 4500C. V i các quá trình này. Xúc tác th ng đ ượ   c

ể ế ế ạ ậ ố ở ử ụ s  d ng là xúc tác mu i kim lo i chuy n ti p. Do v y khi ti n hành nhi ệ   t

ử ấ ẽ ị ủ ẽ ạ ả ộ   đ  cao s  kh  m t ho t tính c a xúc tác và b n thân etylen s  b  oxi hoá

2 làm gi m năng su t c a quá trình.

ạ ấ ủ ả sâu t o nên CO và CO

ố ớ ẽ ượ ư ữ ệ ầ ư Còn đ i v i nh ng ph n nguyên li u d , etylen s  đ c đ a sang

ế ị ở ệ ộ ế ổ thi t b  oxiclohoá nhi t đ  cao và bi n đ i thành 1,2 dicloetan và tr  v ở ề

ả ứ ế ổ ợ ừ ph n  ng. Do quá trình ti n hành t ng h p VC t ể   ấ  etylen là r t khó ki m

ế ế ố ườ ườ soát và kh gn ch , do đó trong quá trình ti n hành ng i ta th ng tách

24

ở ạ ư ạ trung gian 1,2 dicloetan t o ra và đ a tr  l ả ứ i ph n  ng.

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ả

ấ

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

ở ễ ế ế ứ ạ  đây quá trình di n ra khá ph c t p n u ta không ti n hành tách

ả ứ ả ớ ộ ứ   trung gian thì ph n  ng c ng etylen, VC, Clo và hydroClo x y ra v i m c

ả ứ ử ở ư ề ớ ệ ộ ộ ấ đ  th p h on nhi u so v i ph n  ng kh nhi ả   ể ạ t đ  cao đ  t o ra các s n

ẩ ph m di ­ tri ­ tetra Cloetan.

ệ ả ề ế ấ ừ 2. Thuy t minh dây chuy n công ngh  s n xu t VC đi t etylen .

ở ế ị ả ứ ớ trong thi ỏ   t b  (1) etylen và Clo ph n  ng v i nhau trong pha l ng

ệ ừ ả ứ ượ ạ t o DCE. Trong quá trình này nhi ả t to  ra t ph n  ng sau đó đ ồ   c thu h i

ư ể ấ ỷ dùng cho quá trình ch ng c t (3) thu DCE và dùng đ  phân hu  DCE thu

ạ ả ẩ ể ồ h i sau khi làm s ch s n ph m VC. DCE tinh khi ế ượ t đ c chuy n sang thi ế   t

ạ ẩ ả ừ ượ ị b  Cracking (4) và t o VC và HCl. Lúc này s n ph m đi ra t (4) đ c làm

ồ ế ị ư ệ ạ l nh r i cho qua thi t b  ch ng luy n (6) (7) tách VC và HCl. HCl sau khi

ế ị ữ thu đ ượ ừ ỉ c t đ nh tháp (6) sau đó cho đi vào thi t b  oxi háo (2), nh ng DCE

ệ ẽ ượ ở ế ị ư ị ch a b  nhi t phân s  đ c tách ra ầ  (7) và tu n hoàn l ạ ở i thi t b  (3), t ừ

ẽ ầ ạ ế ị ẫ đ yn VC tu đ ượ ừ c t (7) s  cho tu n hoàn l i thi t b  (3), còn VC thu đ ượ   c

ừ ầ ạ ả t (7) cũng cho tu n hoàn l ẩ i (3), s n ph m VC thu đ ượ ừ c t ề ấ  (7) đ u r t là

ế ồ tinh khi ộ t (n ng đ  99,9%).

ế ị ượ ế ợ ầ ớ Trong thi t b  oxi clo hoá, HCl đ c tu n hoàn và k t h p v i etylen

ế ị ầ ạ ướ và oxi trong thi t b  t ng sôi t o 1,2 dicloetan và n ả ứ   c sinh ra do ph n  ng

ừ ượ ư ấ ạ t đây chúng đ ả   c dùng cho ch ng c t VC và DCE. Sau khi làm s ch s n

ẩ ế ị ạ ỏ ướ ượ ph m trong thi t b  (8) thì ta lo i b  n c. Sau đó DCE đ c cho qua thi ế   t

ồ ế ị ư ạ ị b  (10) làm khô và tách khí r i cho qua thi ấ t b  (3) ch ng c t và làm s ch.

ồ ế ị ư ể ồ Lúc này tách khí r i cho qua thi ạ   t b  (10) đ a vào (11) đ  thu h i Clo. T i

2H2  trong HCl t

ế ị ể ừ thi t b  Clo hoá 912) ta chuy n C ằ    (6) thành etylen nh m

ủ ả ấ ủ ộ ạ ệ ẩ nâng cao đ  s ch c a s n ph m và hi u su t c a quá trình.

ươ

ợ ả

ấ

III. Ph

ng pháp liên h p s n xu t VC. ng thì ngoài các ph

ườ ươ ả ấ ừ Thông th ng pháp s n xu t VC đi t dicloetan

25

ườ ươ ể ả và HCl hoá Axetylen, ng i ta còn dùng ph ấ   ợ ng pháp liên h p đ  s n xu t

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ả

ấ

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

ể ươ VC. Đi n hình là ph ng pháp oxi clo hoá etylen thành dicloetan và nhi ệ   t

phân dicloetan.

+

2HCl + O2 (cid:0) H2O + Cl2 1 2

HCl

2Cl

2

2

- (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) - (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) ClCH CH Cl CH CHCl CH2 = CH2 = 2

ệ ế ượ ế Quá trình nhi t phân dicloetan tinh khi t 99,9% đ c ti n hành ở

(cid:0) ệ ộ ạ ả nhi t đ  là 300 10000C và có kho ng 63% xúc tác là than ho t tính, hay là

ượ ạ ọ b t thì hàm l ng VC t o thành là 90%.

ể ướ ủ ế Đ  Clo hoá etylen, tr ử   c tiên ta ti n hành kh  HCl c a dicloetan và

ể dùng HCl đ  hydro Clo hoá Axetylen.

CH2 = CH2 + Cl2 (cid:0) ClCH2 ­ CH2Cl

ClCH2 ­ CH2Cl (cid:0) CH2 = CHCl + HCl

CH (cid:0) CH + HCl (cid:0) CH2 = CHCl + HCl.

CH2 = CH2 + CH (cid:0) CH + Cl2 (cid:0) 2CH2 = CHCl

ườ ươ ề ử ụ ữ Thông th ng các ph ệ   ng pháp này đ u s  d ng nh ng nguyên li u

ư ế ề ế ằ   ễ d   ki m   nh   Axetylen   hay   etylen,   trong   quá   trình   đi u   ch   VC   b ng

ươ ợ ừ ể ượ ằ ph ng pháp liên h p t Axetylen và etylen có th  thu đ c b ng ph ươ   ng

ẹ ụ ự pháp riêng bi t (Ví d : Axetylen ta thu đ ượ ừ c t khí t nhiên còn etylen ta

ả ư ặ thu đ ượ ừ ầ c t d u ho ), hay ta thu đ ượ ừ c t quá trình ch ng ho c cracking

ỏ ể ợ ỗ ừ ể ấ ầ d u m  đ  có h n h p khí Axetylen và etylen t đó ta có th  h p thu và

tách riêng chúng ra.

ừ ươ ượ ứ ụ ộ T  lâu các ph ng pháp này đã đ c  ng d ng r ng rãi trong công

ừ ữ ở ỹ ợ ượ ệ nghi p, và t nh ng năm 1962 ổ  M  quá trình t ng h p VC đã đ c phân

ỉ ượ ư ậ ẩ ộ chia m t cách chính xác và c n th n nh  sau: ch  đ ử ụ c phép s  d ng 41%

ở ậ ừ ằ ươ Axetylen và 28% etylen, Nh t t dicloetan b ng ph ợ   ng pháp liên h p

26

ườ ợ ượ ế năm 1964 ng ổ i ta đã t ng h p đ c 15% VC và đ n 1965 là 25% VC.

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ấ

ả

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

ươ

IV. Ph

ng pháp clo hoá etan. ở ướ ệ  n

ề ệ ầ ỏ Hi n nay c ta n n công nghi p khai thác d u m  đang trên đà

ệ ậ ụ ỏ ể ư ể ả ẩ ầ ấ   ả phát tri n. Do đó vi c t n d ng các s n ph m d u m  đ  đ a vào s n xu t

ộ ố ẹ ấ ợ ế ể ươ m t s  nguyên li u và r t có l i th  đi n hình là ph ng pháp clo hoá etan,

ẻ ề ệ ầ ồ ớ v i ngu n nguyên li u etan r  ti n và khá phong phú nên đã góp ph n làm

ủ ả ể ệ ẩ ả ậ gi m giá c a s n ph m VC.l Do v y vi c chuy n hoá etan thành VC đ ượ   c

ự ệ ươ th c hi n theo các ph ng pháp sau:

1. Clo hoá nhi

ệ ộ t đ  cao: C2H6 + 2Cl2 (cid:0) C2H3Cl + 3HCl

ở 2. Oxi hidrô hoá t đ  cao.

ệ ộ  nhi C2H6 + HCl + O2 (cid:0) 2C2H3Cl + 3H2O

3. Oxi clo hoá.

2C2H6 + Cl2 + 3/2O2 (cid:0) 2C2H3Cl + 3H2O

ể ự ề ệ ớ ợ ọ ố ư ỏ V i các xúc tác phù h p đ  l a ch n đi uki npu t i  u, đòi h i  đ ộ

ể ươ ể ạ ư ệ ấ chu yn hoá theo ph ng pháp 2 có th  đ t 96% nh ng hi u su t thu VC l ạ   i

ả ấ ẩ ồ ủ ế th p 20 % 50%. Các s n ph m ch  y u g m etylen, Cloruaetan và CO.

ể ế ằ ợ ạ   ỗ Cũng có th  ti n hành Clo hoá h n h p etan ­ etylen nh m tránh t o

ự ạ ụ ả ả ẩ ợ ỗ ổ thành h n h p n  và gi m s  t o thành các s n ph m ph . Tuy đây là

ươ ề ư ư ệ ề ể ồ ph ng pháp có nhi u  u đi m v  nguyên li u nh  ngu n nguyên li u r ệ ẻ

ệ ề ệ ẵ ấ ấ ấ và s n có song vì quá trình cho hi u su t VC th p nên hi n nay v n đ  này

ứ ư ằ ạ ượ ụ ẫ v n  n m  trong  ph m   vi  nghiên   c u   và   ch a   đ c   áp   d ng  trong  công

nghi p.ệ

ấ

ả

V. S n xu t vynylclorua t

ả

ừ ấ

Axetylen  Quá trình s n xu t VC đi t

ừ ươ Axetylen là ph ổ ế   ng pháp khá ph  bi n

ố ớ ữ ệ ướ ề ấ trong công nghi p, nh t là đ i v i nh ng n ệ   c mà có n n công nghi p

27

ố ớ ướ ư ể ỏ ư ề ầ ch a phát tri n. Còn đ i v i n ệ c ta do n n công nghi p d u m  ch a phát

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ả

ấ

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

ư ể ạ ướ ậ ấ ừ tri n m nh nh  các n ể ả c khác, do v y đ  s n xu t VC đi t Axetylen đang

ẹ ạ ượ ạ ướ ạ ợ ế còn khó khăn và h n h p, song ng i n c l c ta l i có l ệ   ề i th , đi u ki n

ề ệ ệ ề ấ ả ậ ấ   và   ti m   năng   v   than   và   đá   vôi   nên   r t   thu n   ti n   cho   vi c   s n   xu t

Axetylen.

ơ ở ủ ả ấ ừ * C  s  c a quá trình s n xu t VC đi t Axetylen.

CH = CH + HCl (cid:0) CH2 = CHCl.

ở ấ ườ ả ứ ượ áp su t th ng do không có xúc tác, nên ph n  ng không đ ế   c ti n

ả ế ậ ở ư ấ ở ỏ hành do v y đòi h i ta ph i ti n hành ơ  áp su t cao h n, nh ng do áp

ụ ạ ẩ ả ấ ị ợ   ề su t cao các s n ph m ph  t o ra nhi u (1,1 dicloetan và VC b  trùng h p)

ữ ụ ề ẩ ả ợ ệ ẩ mà nh ng s n ph m ph  này đ u không có l ả i cho vi c thu s n ph m cũng

ư ả ả ế ị ả ả ấ ỏ nh  b o qu n thi t b . Do đó trong quá trình s n xu t đòi h i ta ph i có

ữ ươ ươ nh ng ph ớ ng pháp m i, đó là ph ng pháp xúc tác.

ả ừ ể ượ ế ở ỏ ấ S n xu t VC đi t Axetylen có th  đ c ti n hành ỏ    pha l ng h ng

pha khí.

ơ ế ủ ả ấ ừ * C  ch  c a quá trình s n xu t VC đi t Axetylen.

ả ứ ư ặ ằ ộ Xét ph n  ng c ng HCl và hyđrô nh m Axetylen đ c tr ng cho liên

+

HCl

ế ố k t n i sau:

2CH CHCl

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) CH (cid:0) CH ;  ­(cid:0) H = 112,4 (KJ/mol).

ệ ộ ả ệ ủ ượ ộ ơ ả ứ ầ ớ Nhi t đ  to  nhi t c a nó v t tr i h n 3 l n so v i ph n  ng hyđrô

ề ả ệ ộ Clo hoá olêfin, nó có chi u ng ượ ạ c l i chút ít, song khi gi m nhi t đ , cân

ề ể ả ằ ằ ố ị ạ   ằ b ng hoàn toàn d ch chuy n v  phía ph i. Ta có h ng s  cân b ng khi t o

VC.

4 8.10

0

cb 200 C�

= K

2 7.10

0

cb 300 C�

= K

ế ạ ả ộ Do quá trình c ng HCl vào Axetylen x y ra liên ti p t o VC và 1,1

+

+

HCl

HCl

dicloetan.

2

3

28

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) CH CH = CH CHCl CH CHCl 3

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ả

ấ

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

ượ ự ệ Quá trình hyđrô hoá Axetylen đ ọ ọ   c th c hi n khi có xúc tác ch n l c,

ậ ố ả ầ ạ ậ ộ nó có kh  năng làm tăng v n t c giai đo n c ng đ u tiên. Do v y xúc tác

2+ và Cu2+

2+ ng

ố ở ố ườ cho quá trình này là mu i Hg xúc tác mu i Hg i ta dùng

ủ ả ứ ơ ả ố ộ clorua th y ngân (HgCl ả   2) ngoài ph n  ng c  b n nó còn tăng t c đ  ph n

ứ ạ ng Hyđrát hoá Axetylen t o thành Axetylendehyt. Do nguyên nhân này nên

(cid:0) ườ ườ ở ng i ta th ng dùn nó cho quá trình pha khí 150 2000C. Khi dùng

ữ ơ ấ nh ng ch t khó h n.

2+ vì nó không b  m t ị ấ

ố ớ ỏ ườ ố Còn đ i v i pha l ng th ng thì dùng mu i Cu

ả ứ ạ ộ ướ ủ ứ ộ ủ ho t tính và tăng m c đ  c a ph n  ng c ng n c c a Axetylen. Khi xúc

2 trong HCl có ch a mu i Clorua amon. Khi có CuCl

2

ứ ố ị tác là dung d ch CuCl

ụ ạ quá trình ph  dime hoá Axetylen càng tăng và t o thành vinyl Axetylen.

ủ ố ồ ỷ ả ứ   Nguyên nhân xúc tác c a mu i  thu  ngân và đ ng vào ph n  ng

ượ ả ố ợ ả ứ ự ạ ằ hydrô hoá đ c gi i thích b ng s  t o thành ph n  ng ph i h p trong đó

ụ ạ ấ ộ ợ ớ Axetylen b  kích ho t và tác d ng v i anion clo và h p ch t trung gian thu

ượ ổ ớ ữ ể ạ ặ ợ đ ấ ữ   ế c tr ng thái chuy n đ i v i liên k t các bon ho c nh ng h p ch t h u

ị ả ở ơ ố c  ch ng b  phân gi i b i axit.

ự ạ ữ ứ ồ ờ ạ ộ   ề ủ Vì s  t o thành đ ng th i ít nhi u c a nh ng ph c không ho t đ ng

ự ạ ặ ớ v i HCl (ho c anion Clo) nên s  t o thành Vynyl Clorua trong pha khí đ ượ   c

ả ươ ộ ọ mô t theo ph ng trình đ c h c sau:

R = K (PCr   H2  PHCl)/ (1 + b . PHCl)

2  =   CHCl).   Nó   là   m tộ

ả ẩ ượ S n   ph m   ta   thu   đ c   là   vinyl   clorua   (CH

ậ ệ ể ổ ọ ợ mônôme quan tr ng dùng đ  t ng h p các v t li u polime khác. Khi polime

ẽ ạ ặ hoá có m t peroxic nó s  t o ra polivinyl Clorua (PVC).

ả ừ ươ ấ 1. S n xu t VC đi t Axetylen theo ph ng pháp pha loãng.

ườ ế ổ Trong pha loãng ng i ta ti n hành th i Axetylen và HCl cho qua

2Cl2 23% tr ng l

4Cl

ầ ị ọ ượ dung d ch xúc tác có hoà tan thành ph n: CH ng, NH

2 hoà tan trong axit HCl 12(cid:0) 15% duy trì ở

29

ọ ượ 16% tr ng l ng, có thêm CaCl

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ả

ấ

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

2 trong axit HCl nh ng nhi

ệ ộ ể ư nhi t đ  60 (cid:0) 65% có th  dùng xúc tác HgCl ệ ộ  t đ

0C, n u s  d ng xúc tác Cu có xu h

ế ử ụ ướ ầ c n tăng  lên 90 ả ứ   ng làm tăng ph n  ng

ụ ư ợ ph  nh  trùng h p Axetylen thành Vinylaxetylen.

Cu+  (cid:0) 2 CH (cid:0) HC (cid:0) C – CH – CH2

ả ứ ụ ằ ả ườ ườ Nh m làm gi m các ph n  ng ph  ng i ta th ặ   ng dùng HCl đ c

ố ồ ố ồ ủ ụ ố ỷ ể đ  hoà tan mu i đ ng. Tác d ng xúc tác c a mu i đ ng và mu i thu   ngân

ượ ả ộ ố ể ề ể đ c gi i thích theo nhi u quan đi m khác nhau. M t s  quan đi m thì cho

ụ ấ ạ ố ợ ớ ỷ ằ r ng mu i thu  ngân  tác d ng v i Axetylen t o thành h p ch t trung gian,

ỷ ướ ấ ợ ị ủ ụ sau đó h p ch t trung gian b  phân hu  d i tác d ng c a HCl, hoàn nguyên

HCl

xúc tác cho ta Vinyl Clorua.

CH (cid:0) CHCl = CH – HgCl (cid:0) CH + HgCl2 (cid:0) CH2 = CHCl + HgCl2

ố ồ ể ằ ố ỷ ụ   Quan đi m khác thì cho r ng: mu i đ ng, mu i, thu  ngân tác d ng

ứ ử ệ ấ (cid:0) ớ v i Axetylen thành ph c ch t , trong đó các nguyên t các bon có đi n tích

­, k t qu  kim lo i đ

ươ ụ ả ớ ạ ượ ế ả d ng và có kh  năng tác d ng v i anion Cl c thay

ế ằ th  b ng proton.





CH (cid:0) (cid:0) CH0 (cid:0) +H . . . Cl(cid:0)  (cid:0) CH + HgCl2 (cid:0) CH2 = CHCl + Hg2+

2

2

Hg

Hg

(cid:0) (cid:0)

2H2 và HCl v i xúc tác tăng tăng có th  làm

ữ ờ ể ớ ế Th i gian ti p xúc gi a C

2H2 g n nh  hoà toàn n hng năng su t thi

ự ể ư ư ầ ấ cho s  chuy n hoá C ế ị ả   t b  gi m.

ườ ắ ờ ơ ậ Vì v y ng ế i ta cho th i gian ti p xúc ng n h n và C ư ẽ ầ 2H2 d  s  tu n hoàn

30

ạ ệ ườ ế ổ ợ ỏ l i. Trong công nghi p ng i ta ti n hành t ng h p VC trong pha l ng nh ư

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ả

ấ

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

2H2 và HCl vào

ế ị ổ ị sau: cho dung d ch xúc tác có 12 (cid:0) 15% HCl và thi t b  th i C

ế ị ộ ệ ộ ả ứ ế ượ thi t b  cùng m t lúc, lúc này nhi t đ  ph n  ng ti n hành luôn đ c duy

ơ ướ ạ ồ ợ trì 60ở (cid:0) 650C, VC t o thành trong h n h p g m Axetylen, h i n ỗ c và

ở ầ ủ ế ị ượ ư ế ướ ằ ướ ủ Hiđrô Clorit, đ u ra c a thi c đ a đ n t t b  đ i b ng n c c a thi ế   t

ơ ướ ụ ế ị ọ b  l c Hyđrô Clorua. Khi đó h i n ư c ng ng t , sau đó ti n hành làm khô

0C

2 r n, lúc này VC ng ng t

ư ắ ụ ượ ế ạ ằ các khí b ng CaCl khi đ c làm l nh đ n –20

ế ị ườ ượ ư ụ và trong thi t b  phân ly ng i ta tách đ c Axetylen không ng ng t và

ầ ạ ế ị ả ứ ồ Axetylen thu h i cho tu n hoàn l i thi t b  ph n  ng.

ươ ư ể ổ ỏ ợ Ph ể ế   ng pháp t ng h p VC trong pha l ng có  u đi m là có th  ti n

ả ứ ở ệ ộ ấ ễ ề ỉ hành ph n  ng nhi ả ứ   t đ  th p, do đó ta d  dàng đi u ch nh hành ph n  ng

ở ệ ộ ấ ề ỉ ượ ệ ộ ố nhi ễ t đ  th p, do đó ta d  dàng đi u ch nh đ c nhi t đ , t n ít năng

ượ ế ị ơ ư ả ượ ấ ả ệ ể ẩ l ng, thi t b  đ n gi n nh ng có nh ấ   c đi m là hi u su t s n ph m th p.

ậ ả ấ ườ ườ ươ ợ Vì v y trong s n xu t ng i ta th ng dùng ph ổ ng pháp t ng h p VC

trong pha khí.

ấ ả ươ 2. S n xu t VC t ừ 2H2 theo ph C ng pháp pha khí

a) Xúc tác

ừ ữ ầ ơ ọ ườ Ngay t nh ng ngày đ u s  khai ngành hoá h c con ng i đã phát

ề ả ứ ệ ưở ỳ ạ ủ ộ ố hi n và nghiên c u nhi u  nh h ng k  l ả   ấ  c a m t s  ch t tham gia ph n

ứ ế ố ể ọ ượ ọ ộ ng, nó liên quan đ n t c đ  chuy n hoá hoá h c và đ c g i là xúc tác.

ệ ượ ậ ố ộ ả ứ V y xúc tác là gì? Xúc tác là hi n t ọ   ng làm tăng t c đ  ph n  ng hoá h c

ụ ấ ủ do tác d ng c a ch t xúc tác.

ườ ế ợ ụ ể ề ấ ố ỉ Con ng i đã bi i d ng các ch t xúc tác đ  đi u ch nh t c đ t l ộ

ừ ả ứ ỏ ế ị ố ữ ớ ả ứ ph n  ng, t nh ng ph n  ng có tr  s  vô cùng nh  đ n vô cùng l n và

ả ứ ề ọ ơ ỉ ướ ề quan tr ng h n là cho phép đi u ch nh ph n  ng theo chi u h ạ ả   ng t o s n

ẩ ố ượ ạ ả ph m mong mu n, trong khi đó năng l ng l i không ph i chi phí thêm và

31

ố ượ ữ ề ề ấ ị ả kh i l ng các ch t không b  tiêu hao nhi u. Nh ng đi u này gi i thích t ạ   i

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ả

ấ

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

ệ ử ụ ấ ộ sao vi c s  d ng các ch t xúc tác là vô cùng r ng rãi và ngày càng phát

ư ậ ề ệ ệ ể ạ ọ   tri n nhanh chóng trong n n công nghi p hi n đ i. Nh  v y xúc tác là m t

ộ ế ộ ỹ ậ ọ ọ ạ ế ố y u t quan tr ng là m t ti n b  k  thu t quan tr ng nó mang l ệ i hi u qu ả

ế ườ ệ kinh t cao cho con ng ề i. Hi n nay tuy có nhi u quá trình xúc tác đ ượ   c

ứ ệ ự ụ ệ ấ ộ ọ ng d ng r ng rãi trong công nghi p, song vi c l a ch n các ch t xúc tác

ố ộ ừ ừ ể ợ sao cho thích h p là v a có tính năng làm tăng t c đ  v a có th  nh n đ ậ ượ   c

ư ả ẩ ầ ấ ố ệ   các s n ph m có thành ph n và c u trúc nh  mong mu n. Do đó mà hi n

ọ ả ấ ằ ả ẩ ơ ổ ườ nay có h n 70% t ng s n ph m hoá h c s n xu t b ng con đ ng xúc tác.

ậ ươ ớ ự ừ ủ ể ệ Vì v y trong t ng lai v i s  phát tri n không ng ng c a công nghi p xúc

ẽ ư ạ ườ ố ượ ộ ấ ớ tác nó s  đ a l i cho con ng i m t kh i l ng l n các hoá ch t tăng công

ấ ẻ ủ ế ị ệ ị ượ su t riêng l c a thi t b , tăng giá tr  nhiên li u và năng l ầ ng c n thi ế ể  t đ

ườ ệ ả b o v  môi tr ng.

ạ ạ ề ợ ươ Ta l i quay l ổ i nói v  quá trình t ng h p VC theo ph ng pháp pha

ườ ợ ạ khí trong tr ng h p này dùng xúc tác HgCl ặ   2 ngâm trên than ho t tính. Đ c

ấ ộ ủ ể ạ ố ườ ướ ế đi m c a lo i mu i này là r t đ c nên ng i ta có xu h ố   ng thay th  mu i

2, CdCl2… đ  khi

ư ằ ạ ạ ố ỷ ể thu  ngân b ng các lo i mu i kim lo i khác nh  BaCl

2 trên than ho t tính tăng, thì hi u su t chuy n hoá Axetylen

ệ ể ạ ấ ộ ồ n ng đ  HgCl

thành Vinyl Clorua tăng.

2 tăng t

ồ ộ ệ ọ Khi n ng đ  HgCl 5ừ (cid:0) 10% thì hi u su t tăng v t lên, nh ng ư   ấ

ồ ộ ệ ể ấ ậ ớ ơ khi n ng đ  HCl ồ   2 l n h n 20% thì hi u su t chuy n hoá tăng ch m đ ng

2 sẽ

ẽ ả ả ứ ờ ệ ụ ộ ị th i ph n  ng s  to  nhi t, làm cho xúc tác b  nung nóng c c b  HgCl

ề ặ ủ ẽ ợ ị b  thăng hoa, Axetylen s  trùng h p bao ph  lên b  m t xúc tác làm cho xúc

ả ạ ả tác gi m ho t tính nhanh (b ng 3)

ạ ệ ể ấ % HgCl trên than ho t tính Hi u su t chuy n hoá

5 69,6

10 86,7

32

20 92,3

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ả

ấ

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

40 94,9

60 96,8

ệ ậ ế ợ ạ ấ Vì v y trong công nghi p kinh t và có l i nh t là dùng lo i xúc tác

ạ 5ừ (cid:0) 10% ngâm trên than ho t tính. HgCl2 t

ươ ả b.   Ph ấ ng pháp s n xu t

2H2 và HCl qua l p xúc tác r n

ế ồ ờ ắ ở ớ Ta ti n hành cho đ ng th i C nhi ệ   t

2 ngâm trên than ho tạ

ượ ủ ộ đ  cao ta đ c VC, xúc tác c a quá trình dùng là HgCl

ẫ ả ề ơ ấ ả ứ ế tính. Tuy nhiên v n còn có gi thuy t nói v  c  c u ph n  ng có xúc tác,

ộ ố ụ ể ằ ỏ ố ớ ỷ và m t s  quan đi m l ng cho r ng mu i thu  ngân tác d ng v i Axetylen

ấ ợ ẽ ạ s  t o thành h p ch t trung gian.

HgCl – CH = CH – Hg CHCH + HgCl2 (cid:0)

0C h p ch t trung gian kém b n s  tác d ng ụ

ở ệ ộ ớ ơ ề ẽ ấ ợ nhi t đ  l n h n 120

ớ v i khí HCl cho ta VC và hoàn nguyên xúc tác.

HgCl – CH = CH – Hg + HCl (cid:0) CH2 = CH – Cl + HgCl2

ệ ộ ả ứ ợ ậ Nhi t đ  thích h p cho quá trình ph n  ng là 160 (cid:0) 1800C, do v y khi

0C và khi nhi

ể ạ ả ệ ộ ế xúc tác gi m ho t tính ta có th  tăng nhi t đ  lên đ n 200 t đệ ộ

ế ố ấ ử ủ ế ầ ộ ẽ tăng 2 l n đ n t c đ  khuy ch tán c a các c u t vào xúc tác nó s  làm

ậ ố ủ ự ế ặ ầ ố   ả ứ tăng s  ti p xúc và v n t c c a ph n  ng lên. M t khác ta cũng c n kh ng

0C thì HgCl2 b t đ u phân

ệ ộ ế ặ ượ ắ ầ ế ch  nhi t đ  nghiêm ng t vì n u v t quá 275

0C thì nó s  thăng hoa. Th

ỷ ở ệ ộ ẽ ườ ạ hu nhi t đ  300 ầ   ng tác nhân làm  l nh tu n

ớ ế ị ả ứ ả ả ằ hoàn là n c  nh m làm mát thi t b  ph n  ng chính đ m b o nhi ệ ộ ổ   t đ   n

0C) đ  đ t hi u su t chuy n hoá cao nh t. ấ

ể ạ ệ ể ấ ị đ nh (không quá 200

ộ ố ả ứ ứ ạ ằ ế ợ   Bên c nh đó có m t s  nhà nghiên c u cho r ng ph n  ng k t h p

ả ở Axetylen và HCl x y ra khi không có xúc tác mà ấ  áp su t cao.

33

CH (cid:0) CH (cid:0) CH2 = C

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ấ

ả

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

CH2 = C      + HCl (cid:0) CH2 = CHCl

ả ế ệ ẫ ượ Tuy nhiên các gi thuy t trên hi n nay v n còn đang đ c các nhà

ứ ứ ậ ẫ ượ nghiên c u nghiên c u thêm. Do v y mà ngày nay xúc tác v n đ c dùng

2 10% tr ng l

ủ ế ệ ộ ọ ượ ch  y u và r ng rãi trong công nghi p là HgCl ng trên than

ạ ho t tính.

ộ ố ả ứ ạ ớ ả   Cùng v i các ph n  ng chính trong quá trình còn t o ra m t s  ph n

ứ ng ph , n u d  C ẽ ạ ụ ế ư 2H2 thì s  t o thành đi Cloetan.

CH (cid:0) Cl – CH – CH – Cl (cid:0) Hg + Cl – Ch = Ch – Cl HgCl2 (cid:0)

CH (cid:0)

CH + 2 HCl (cid:0)

Cl – Hg – CH – CH – Hg – Cl (cid:0)

HgCl2 + Cl – CH = CH – Cl

Cl      Cl

Hg

ả ứ ư ề ẽ ế ụ   N u quá trình còn d  nhi u HCl thì cũng s  sinh ra ph n  ng ph .

ể ả ả ượ ả ứ ế ả ứ Trong quá trình ph n  ng đ  đ m b o l ng C ả   2H2  ph n  ng h t ta ph i

2H2/HCl theo t  l

ư ộ ượ ố ấ ỉ ệ cho d  m t l ng HCl, t t nh t là tăng C 1:1.

ự ả ưở ủ ỷ ệ ệ ệ ế ể ấ Ta có s   nh h ng c a t l nguyên li u đ n hi u su t chuy n hoá sau.

ự ả ả ưở ủ ỷ ệ ệ ể ế ấ B ng 4: S   nh h ng c a t l ệ  Nguyên li u đ n Hi u su t chuy n hoá.

ể ệ ấ T  l ỉ ệ 2H2/HCl (mol) C Hi u su t chuy n hoá (%)

1/109 91,05

1,1,1 96,95

1,1,2 97,75

ớ ệ ượ ể ọ V i các t ỷ ệ  l nguyên li u đ c ch n đ  cho quá trình thi ế ị ộ   t b  tr n

34

ậ ệ ự ồ ề ề ằ ồ ộ ố ướ ẫ l n g m nhi u v t li u nh m tăng t c đ  và s  đ ng đ u tr ư   c khi đ a

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ả

ấ

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

ế ị ả ứ ể ả ưở vào thi ậ ố ủ t b   ph n  ng. Do đó v n t c c a th  tích cũng  nh h ng không

ỏ ế ệ ể ấ nh  đ n hi u su t chuy n hoá.

ự ả ả ưở ậ ố ủ ệ ế ể ấ B ng 5: S   nh h ể   ng c a v n t c th  tích đ n hi u su t chuy n

hoá.

ậ ố ể ể ệ ấ V n t c th  tích Hi u su t chuy n hoá

(m3/m3.xt.h)

125 93,66

100 94,55

75 96,06

50 97,40

25 97,46

ố ệ ả ớ ỏ ọ ế ị ậ V i các s  li u trên đòi h i ta ph i ch n các thi t b  làm sao th t phù

ớ ậ ố ậ ố ể ể ợ h p v i v n t c chuy n hoá cao và v n t c th  tích.

ệ ượ ả ư ể ệ ấ Ph i tránh các hi n t ng hi u su t chuy n hoá tăng cao nh ng năng

ế ị ả ầ ả ứ ả ặ ấ ủ su t c a thi ấ   t b  gi m. Do đó ph i căn c  và đ t ra các yêu c u s n xu t

ưở ậ ố ể ệ ọ ế ủ cho phân x ng mà ta ch n v n t c đ  làm vi c và các chi ti t c a thi ế ị   t b .

ự ế ể ậ ố ế ể ố Tuy nhiên trong th c t ợ    đ  kh ng ch  làm sao v n t c th  tích phù h p

ả trong kho ng 25 (cid:0) 50 (m3/m3. xt.h).

ấ ả ệ ướ ả ứ ư ầ T t c  các nguyên li u tr c khi đ a vào ph n  ng c n ph i đ ả ượ   c

ễ ạ ạ ấ ạ ố ơ ấ làm s ch các t p ch t, vì các t p ch t đó d  là m i nguy c  làm xúc tác b ị

ộ ộ ng  đ c.

HgS + 2 HCl H2S + HgCl (cid:0)

H3P + 3 HgCl2 (cid:0) (cid:0) HgCl(cid:0) 3 P + 3 HCl

ả ứ ặ ho c ph n  ng:

35

CH (cid:0) CH + 2 Cl2 (cid:0) Cl2CH – CHCl2

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ả

ấ

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

ở ộ ỗ ệ ạ ổ ợ đây Clo và Axetylen t o thành m t h n h p n . Do đó nguyên li u

ả ượ ẩ ả ứ ạ ố ỷ ph i đ c t y khô vì mu i thu  ngân cũng là xúc tác cho ph n  ng t o

thành hyotrat hoá Axetylen thành axetan dehit.

CH (cid:0) CH + H2O (cid:0) CH3 – CHO

ả ứ ủ ữ ế ả ẫ ạ ờ   Đây là nh ng ph n  ng làm gi m ho t tính c a xúc tác d n đ n th i

ấ ủ ả ẩ ả ả ậ   gian s y c a xúc tác gi m, do đó nó làm gi m giá thành s n ph m. Vì v y

ể ệ ạ ạ ấ ạ ầ ơ   ầ c n   làm   s ch   các   nguyên   li u   đ   lo i   các   thành   ph n   t p   ch t.   H i

ướ ế ị ượ ư Axetylen tr ư c khi đ a vào thi ả ứ t b  ph n  ng nó đ ứ   c đ a qua tháp ch a

2Cr2O7. T i đây x y ra ph n  ng oxi hoá kh  nh m lo i b  H

ử ằ ả ứ ạ ả dung d ch Kị ạ ỏ 2S

và H3P.

H2S + K2Cr2O7 (cid:0) K2SO4 + H2Cr2O3

H3P + K2Cr2O7 (cid:0) K3PO4 + H2Cr2O3

ệ ậ ướ ư Do v y các nguyên li u tr ả ả   ả ứ c khi đ a vào ph n  ng nó ph i đ m

ầ ả b o các yêu c u sau:

ộ ế (cid:0) t 99%. ả * Khí C2H2 ph i có đ  tinh khi

* H i n ơ ướ (cid:0) c 0,03%.

* Không có H2S và H3P.

ộ ả * Khí HCl ph i có đ  tinh khi ế (cid:0) 95,5%. t

* Không có Oxi và Clo.

ả ứ ượ ệ ấ ớ ả ớ Trong quá trình ph n  ng l ng nhi ả ứ   t to  ra là r t l n, v i ph n  ng

ạ ố ớ ả chính  r o ra VC nhi ệ ượ t l ả   ng to  ra là 26900 Kcal/mol. Còn đ i v i ph n

ứ ụ ạ ượ ệ ả ng ph  t o ra diClo etan thì l ng nhi ớ   t to  ra là 40200 KCal/mol. V i

ượ ệ ư ậ ả ầ ả ớ ưở ớ l ng nhi t to  ra l n  nh  v y nên nó cũng ph n nào  nh h ng t ệ   i vi c

36

ế ị ả ứ ạ ố ườ ọ ự l a ch n thi t b  ph n  ng lo i  ng chùm, đ ố ng kính các  ng trong thi ế   t

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ả

ấ

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

ứ ả ưở ế ộ ế ộ ị b  có ch a xúc tác cũng  nh h ố ng đ n ch  đ  và t c đ  dòng khí trong

ố ệ ủ ể ả ả ậ ế ị ng. Do v y đ  đ m b o tính năng làm vi c c a thi ố   t b  bên ngoài  ng

ượ ị ộ ế ị ở ể ướ ằ ướ đ c trang b  m t  thi t b  làm mát, đây ta có th  dùng n c b ng l i áp

ườ ể ả ầ ặ ệ ậ ọ ấ su t th ng ho c d u làm mát đ  t i nhi ệ ự t. Do v y vi c l a ch n các tác

ầ ộ ỳ ế ỹ ề ậ nhân làm mát cũng tu  thu c vào yêu c u kinh t ệ   , k  thu t và đi u ki n

ơ ừ t ng n i.

ệ ự ử ụ ọ ướ ướ ấ ườ Tuy nhiên vi c l a ch n s  d ng n c d i áp su t th ng nó có

ượ ể ộ ố ư m t s   u nh c đi m sau:

Ư ể ệ ướ ẵ ộ ạ ẻ ề ồ ­  u đi m: ngu n nguyên li u n c s n có không đ c h i, r  ti n, có

ệ ễ ề ớ ỉ ượ ệ ộ ủ nhi t dung l n nên d  đi u ch nh đ c nhi t đ  c a thi ế ị t b .

ượ ượ ướ ế ị ớ ­ Nh ể c đi m: L ng n c dùng cho thi t b  là khá l n nên thi ế ị  t b

ườ ề ả ồ ệ ộ th ng c ng k nh và làm mát trong kho nga nhi t đ  không cao.

ụ ệ ể ạ ầ ắ ượ ằ Bên c nh đó vi c làm mát b ng d u có th  kh c ph c đ ữ   c nh ng

ượ ể ạ ậ ơ nh ư c đi m trên nh ng giá thành l ỳ ừ   i cao h n. Chính vì v y mà tu  t ng

37

ể ệ ề ọ ợ đi u ki n đ  ta ch n tác nhân cho thích h p.

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ấ

ả

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

ệ ả ự ề ấ 3.  Xây  d ng  dây  chuy n  công  ngh  s n  xu t   Vinyl   Clorua  t ừ

Axetylen và Hyđrô Clorua.

ệ ả ấ ừ Trong công ngh  s n xu t VinylClorua t Axetylen và HyđrôClorua,

ệ ượ ư ả ứ nguyên li u khí Axetylen và Hyđrô Clorua đ c đ a qua vùng ph n  ng có

ứ ắ ở ấ ướ ượ ch a các xúc tác r n HgCl đây các ch t tr c khi đ ư c đ a vào ư 2, l u ý

ế ị ả ả ể ả ạ ộ thi ệ   t b  ph i đ m b o đ  khô đ  không t o Axetandêhyt và khong gây hi n

ượ ỉ ệ ư ớ ả t ng ăn mòn. HCl ph i có t  l d  so v i Axetylen (t  l C ỉ ệ 2H2 /HCl = 1,1)

ứ ộ ủ ể ể ả   ể đ  có th  làm tăng m c đ  chuy n hoá c a Axetylen. Trong quá trình ph n

ứ ệ ộ ầ ế ả ạ ượ ả ng nhi t đ  c n thi t ph i đ t đ c là vào kho ng 160 (cid:0) 1800C, lúc này

2 nhi uề

ả ả ự ủ ả ố ể quá trình ph i x y ra đ  nhanh đ  không x y ra s  lôi cu n HgCl

ụ ầ ạ ộ ả ả ứ   (tránh HgCl2 thăng hoa). Khi HgCl2 hao h t d n và gi m ho t đ  ph n  ng

ả ứ thì ta tăng ph n  ng lên 200 (cid:0) 2200C.

ớ ượ ệ ả ượ ề ả V i l ng nhi t to  ra nhi u nên quá trình ph i đ c trong thi ế ị  t b

ố ở ệ ể ẵ ố ộ ng chùm, trong  ng có s n xúc tác. Nguyên li u khí chuy n đ ng trong

ả ạ ấ ố ố ố ở ấ ữ lòng  ng, kho ng tr ng gi a các  ng là ch t làm l nh. ạ    đây ch t làm l nh

ề ấ ệ ữ ơ ướ ụ ư ầ ặ ớ là ch t truy n nhi t h u c  n c ho c ph n ng ng v i m c đích là ti ế   t

ả ứ ệ ằ ượ ơ ạ ấ ọ ở ầ ki m ph n  ng nh m thu đ c h i: ta ch n ch t làm l nh đây là d u.

ề ế ệ Thuy t minh dây chuy n công ngh

2H2 sau khi đã đ

ệ ượ ư ạ ồ Nguyên li u là C ứ   c làm s ch ta đ a vào bu ng ch a

ệ ượ ư ế ị ấ ụ ằ ướ (1) sau đó nguyên li u đ c đ a sang thi t b   h p th  b ng n c (3) t ừ

ế ị ệ ượ ư ế ị ấ ừ ế ị thi t b  (3) nguyên li u đ c đ a sang thi ụ t b  h p ph  (4). T  thi t b  (4)

ế ị ộ nguyên li u l ệ ạ ượ ư i đ c đ a sang thi t b  tr n (5).

ừ ể ứ ệ ượ ạ T  b  ch a (6) nguyên li u là HCl sau khi đã đ c làm s ch đ ượ   c

2H2 và HCl đ

ế ị ộ ở ượ ề ộ ư đ a sang thi t b  tr n (5) đây C ớ c tr n đ u v i nhau. Sau

ượ ư ớ ế ị ả ứ ở ễ đó đ c đ a t i thi t b  ph n  ng chính (7). ả    đây di n ra quá trình ph n

2H2 là 97 (cid:0)

38

ứ ủ ể ng, quá trình chuy n hoá c a C 98%, trong đó có 93% VC 5%

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ả

ấ

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

HCl 5 (cid:0) 10 % C2H2, 0,3% axetaldehyt, 1,1 dicloetan các khí tham gia ph nả

2. Lúc này khí

ứ ả ứ ư ơ ng, nh ng khi đã ph n  ng còn kèm theo mình h i HgCl

ượ ư ử ượ ế đ c đ a sang tháp r a tách HCl. Ta thu đ c 10% HCl. Ti p theo khí l ạ   i

ượ ư ử ằ ượ ư ể đ c đ a sang tháp r a b ng NaOH. Sau  đó khí đ ứ   c đ a sang b  ch a

ẩ ừ ượ ư ế ế ị ạ ả s n ph m thô (10) t đây khí đ c đ a đ n thi ộ   t b   làm l nh 912). M t

ẽ ượ ầ ư ế ị ắ ầ ộ ượ ư ph n s  đ c đ a sang thi t b  tách l ng (14) m t ph n đ c đ a sang

ế ị ằ ướ ừ ế ị ỗ ợ thi ạ t b  làm l nh b ng n ố c mu i (13) t thi t b  (13), h n h p. Sau đó

ượ ư ế ị ấ ụ ầ ế ị ượ đ c đ a sang thi t b  h p ph  (16) ph n trên thi t b  ta thu đ c khí nh ẹ

ướ ượ ặ ắ ầ ỗ ợ ượ ư phía d i ta thu đ c ph n c n r n, sau đó h n h p khí đ c đ a sang

ẹ ấ ừ ầ ượ ư ở ạ ụ ấ tháp c t nh  (17) t ộ  đây m t ph n đ c đ a tr  l ộ   i tháp h p th  (16) m t

ượ ứ ả ụ ể ẩ ầ ộ ượ ầ ph n đ c sang b  ch a s n ph m ph  (18) và m t ph n đ ư   c hoàn l u

ở ạ ế ị ả ứ ừ ế ị tr  l i thi t b  ph n  ng (7). T  thi ắ t b  tách l p (14) n ướ ượ c đ c tách riêng

ừ ế ị ạ ỗ ượ ư ẹ ấ ra t thi t b , còn l ợ i h n h p khí đ ư c đ a sang tháp ch ng c t nh  (11) ở

ầ ượ ỗ ẹ ầ ợ ạ ượ ư ớ đây ph n trên ta thu đ c h n h p khí nh , ph n còn l c đ a t i đ i thi ế   t

ư ứ ể ạ ố ừ ỗ ị b  làm  l nh (15) sau đó đ a xu ng b  ch a (25) t ế   ợ  đây h n h p khí ti p

ư ủ ấ ầ ầ ộ ụ ượ ư t c đ c đ a sang tháp ch ng c t (20). Ph n trên c a tháp m t ph n đ ượ   c

ế ị ệ ủ ầ ế ị ượ ư đ a sang thi t b  gia nhi t (24). Ph n trên c a thi t b  ta thu đ ả   c các s n

ầ ẩ ướ ượ ư ế ị ượ ư ẹ ph m nh , ph n d c đ a sang thi i đ t b  ta thu đ c đ a sang thi ế ị  t b

ụ ộ ầ ượ ầ ạ ư ầ ạ ư ng ng t m t ph n đ c tu n hoàn l i tháp ch ng, ph n còn l ả   i là s n

ư ẩ ế ị ằ ướ ố ồ ph m tinh đ a sang thi ạ t b  làm l nh b ng n c mu i r i sau đó đ ượ   c

ắ ở ứ ể ể ầ ả ẩ ố chuy n xu ng b  ch a [(22) (VC)] ph n s n ph m r n phía d ướ ủ   i c a

39

ượ ư ể ứ ả ụ ẩ ố tháp đ c đ a xu ng b  ch a s n ph m ph  (21).

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ả

ấ

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

ầ

Ph n II: Tính toán

ố ớ ặ ỉ ưở ấ ả Ch  tiêu đ t ra đ i v i phân x ng s n xu t Vinylclorua là:

ấ ấ Năng su t 120.000t n/năm.

ố ệ ầ Các s  li u ban đ u:

ộ ể ồ ậ ỹ a. C2H2 k  thu t có n ng đ  th  tích.

99% C2H2  :

0,03% H2O :

: 0,01% O2

: 0,96% N2

ộ ồ b. HCl n ng đ .

HCl : 97,3%

: 0,15% H2

: 0,05%. N2

0,05% H2O :

ứ ộ ố ệ ự ể ợ ọ ấ ố   D a vào các s   li u trên ta ch n m c đ  chuy n hoá h p lý nh t đ i

ứ ộ ủ ể ớ v i VC là 98% và m c đ  chuy n hoá c a Dicloetan là 0,2%.

ờ

ưở

I. Xác đ nh th i gian làm vi c c a phân x

ệ ủ ế ề

ng. ề ả

ị ở

ặ ả đây ta đ t gi thi ấ t v  dây chuy n s n xu t VC là 24/24. Và trong

ể ả ưỡ ấ ị ẽ ả ộ ử ạ ờ m t năm s  có kho ng th i gian nh t đ nh đ  b o d ữ ng, s a ch a và đ i

ạ ế ị ả ấ tu l i các thi t b  s n xu t.

ặ ự ố ữ ớ ử ế ờ ỉ * Ngh  vì lý do g p s  c : Th i gian là h t 15 ngày s a ch a l n.

ặ ự ố ử ữ ế ỏ ờ ỉ * Ngh  vì lý do g p s  c , s a ch a nh : Th i gian h t 5 ngày.

ỉ ể ử ữ ẽ ậ ổ ộ Do v y, trong 1 năm s  có t ng c ng là 20 ngày ngh  đ  s a ch a và

ả ưỡ b o d ng.

ự ủ ệ ờ ưở Nên th i gian làm vi c th c c a phân x ng trong 1 năm là:

40

365 ­ (5 + 15) = 345 ngày.

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ấ

ả

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

ờ ộ ờ ệ Ta tính th i gian làm vi c trong m t ngày là 24 gi chia làm 3 ca do

ủ ệ ổ ờ ộ đó ta có t ng th i gian làm vi c trong m t năm c a nhà máy là.

ờ 345 x 24 = 8280 gi /năm.

ừ ượ ư ở ả ứ ố ệ T  các s  li u tính đ c nh trên, ta có các ph n  ng sau:

ả ứ ủ Các ph n  ng c a quá trình:

CH (cid:0) CH + HCl (cid:0) CH2 = CHCl

CH (cid:0) CH + 2HCl (cid:0) CH3 ­ CHCl2

CH (cid:0) CH + H2O (cid:0) CH3 ­ CH2O

ấ ạ

ậ

ằ

ế ị

ả ứ

II. Tính cân b ng v t ch t t i thi

t b  ph n  ng.

ệ 1. Tiêu hao nguyên li u Axetylen.

ể ế ượ ự ừ ệ ẩ ả Đ  bi t đ ố ệ c các s  li u th c t nguyên li u vào và s n ph m ra

ướ ấ ủ ế ị ả ấ tr c tiên ta tính năng su t c a thi t b  s n xu t VC trong 1 gi ờ .

120000.1000 8280

= 14492,754 kg/h.

ừ ươ ạ T  đây ta có ph ng trình t o VC:

(1) C2H2 + HCl (cid:0) CH2 = CHCl

26       36,5          62,5

ươ ượ Theo ph ả ứ ng trình ph n  ng (1) thì l ng C ể 2H2 đã chuy n hoá thành

VC trong 1 gi là:ờ

14492, 754.26 62,5

= 6028,985 (kg/h)

ứ ộ ủ ể ả Do m c đ  chuy n hoá c a C ể ế   t ầ 2H2 là 99% nên ta c n ph i tính đ  bi

2H2 trong m t gi

ượ ộ ờ l ng C là bao nhiêu.

2H2 trong nguyên li u đ a vàolà 99%

ậ ộ ế ủ ệ ư Do v y ta có đ  tinh khi t c a C

2H2 đ a vào thi

ỗ ư ế ị nên trong th c t ự ế ượ  l ợ ng h n h p khí C t b  là:

6147, 01.100 99

= 6209,10 (kg/h)

2H2 d  (k  c  t o ra s n ph m ph _ là:

41

ừ ượ ư ể ả ạ ụ ả ẩ T  đây ta có l ng C

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ả

ấ

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

6147,01 ­ 6028,985 = 118,025 (kg/h).

ố ệ ứ ế Do đó ta đã bi ế ượ t đ ả ủ c các s  li u, k t qu  c a m c tiêu hao nguyên

ệ li u axetylen.

Ta có:

ấ ủ ế ị ả ấ ờ * Năng su t c a thi t b  s n xu t VC trong 1 gi : 14492,754 (kg/h)

2H2 chuy n hoá thành VC trong 1 gi

ượ ể * L ng C ờ 6028,985 (kg/h)

2H2 nguyên ch t c n dùng là

ượ ấ ầ * L ng C 6147,01

2H2 th c đ a vào thi

ượ ự ư ế ị * L ng C t b  là 6209,01

2H2 d  làư

ượ * L ng C 118,025

ả ế ầ ượ ỗ Theo gi thuy t ban đ u thì l ợ ng h n h p khí C ứ 2H2  có ch a 0,03%

H2O, 0,01% O2, 0,96% N2.

ậ V y nên ta có:

2O có trong nguyên li u khí C

2H2 đi vào thi

ượ ệ ế ị ­ L ng H t b  là:

6209,10.0, 03 100

= 1,863 (kg/h)

2 trong nguyên li u khí C

2H2 đi vào thi

ượ ệ ế ị ­ L ng O t b  là:

6209,10.0, 01 100

= 0,6209.

2 trong nguyên li u khí C

2H2 đi vào thi

ượ ệ ế ị ­ L ng N t b  là:

6209,10.0, 03 100

= 59,607 (kg/h)

ượ 2. Tiêu hao l ng khí HCl.

ự ươ ướ D a theo ph ng trình (1) ta có các b c sau:

ượ ủ ể ạ ầ ­ L ng HCl c n và đ  đ  t o ra VC là:

14492, 754.36,5 62,5

= 8463,768 (kg/h)

ở ủ ề ấ ấ ơ ể ả đây do v n đ  giá thành c a HCl th p h n C ả   2H2 nên đ  đ m b o

ấ ủ ệ ế ị hi u su t c a thi t b  cao ta ch n t  l C ọ ỉ ệ 2H2/HCl = 1/1,1

42

ượ ố ­ Do đó l ng HCl tiêu t n cho quá trình này là:

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ả

ấ

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

1,1 6147, 01.36,5

26

(cid:0) (cid:0) = 9492,402 (Kg/h).

ộ ế ủ ượ ầ ­ Đ  tinh khi t c a HCl là 97,3% nên l ng khí HCl ban đ u vào

ế ị thi t b  là:

9492, 402.100 97,3

= 9755,81 (kg/h)

2, 2,40% N2,

ả ế ứ ợ ­ Mà theo gi thi t thì h p khí HCl có ch a: 0,15% H

0,05% H2O.

Do đó ta có:

2 trong h n h p khí HCl đ a vào thi

ượ ư ỗ ợ ế ị ­ L ng H t b  là:

9755,81.0,15 100

= 14,634 (kg/h)

2 trong h n h p khí HCl đ a vào thi

ươ ự ượ ư ỗ ợ ế ị ­ T ng t ta có l ng N t b  là:

9755,81.2, 40 100

= 234,14 (Kg/h)

2O trong h n h p khí HCl đ a vào thi

ượ ư ợ ỗ ế ị ­ L ng H t b  là:

9755,81.0, 05 100

= 4,88 (kg/h)

2 cho c  quá trình là:

(cid:0) ư ậ ượ ả Nh  v y hàm l ng N

234,14 + 59,607 = 293,747 (kg/h)

ượ ẩ 3. Tính l

ấ ả ả ấ ụ ả ng tiêu hao s n ph m ph . ưở t c  các nhà máy hay x Trong t ả   ng s n xu t, trong quá trình s n

ấ ờ ụ ế ề ả ẩ xu t bao gi cũng có các s n ph m ph , trong nó chi m không nhi u song

ả ẩ ả ưở ế ệ ầ ụ các s n ph m ph  này cũng  nh h ấ ủ ả   ng ph n nào đ n hi u su t c a s n

ể ế ượ ượ ủ ậ ẩ ụ ả ẩ ph m c a nhà máy. Do v y đ  bi t đ c l ng s n ph m ph  là bao nhiêu

ứ ộ ả ẩ ượ và m c đ  tiêu hao s n ph m là bao nhiêu ta cùng xem xét l ng tiêu hao

ả ấ trong quá trình s n xu t VC.

ả ứ ụ ả ấ Trong qúa trình s n xu t VC có các ph n  ng ph  sau:

43

(2) C2H2 + 2HCl (cid:0) CH2Cl ­ CH2Cl

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ả

ấ

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

(3) 26         73                  99 C2H2 + H2O (cid:0) CH3CHO

26        18 44

2H2

ấ ở ệ ầ ượ Ta th y ph n tính tiêu hao nguyên li u axetylen trên thì l ng C

ạ ả ứ ụ ư ạ ẩ còn l ả i ch a tham gia ph n  ng t o s n ph m ph  là 118,025 (kg/h) nó

ươ ươ ớ t ng đ ng v i 100% ­ 98,08% = 1,92%.

ậ Do v y ta có:

0, 2.118, 025 1,92

= 12,3 (kg/h)

2H2 tiêu t n cho ph n  ng (2).

ượ ả ứ ố Đây chính là l ng C

(cid:0) ượ L ng CH ạ 3 = CHCl2 t o thành là:

12,3.99 26

= 46,835 (kg/h)

(cid:0) ượ ả ứ L ng HCl cho ph n  ng (2) là:

12,3.73 26

= 34,535 (Kg/h)

ậ ượ ư V y l ng HCl còn d  là:

897,375 ­ 34,535 = 862,84 Kg/h.

ả ứ Xét ph n  ng (3).

2O còn l

2O do

ấ ượ ạ ượ Ta th y l ng H i là do HCl mang vào, còn l ng H

ượ ấ ề ơ ả ỉ ộ   c s y khô, nói chung v  c  b n thì ch  còn m t C2H2 mang vào thì đã đ

2H2 c n cho ph n  ng (3) là:

ượ ư ậ ượ ể ỏ ả ứ ầ l ng nh  không đáng k . Nh  v y l ng C

4,88.26 18

= 7,049 (kg/h)

(cid:0) ượ ở ả ứ L ng CH ph n  ng (3) là: ạ 3CHO t o thành

7, 049.44 18

= 17,23 (Kg/h)

2H2 c n cho ph n  ng ph  là.

ượ ả ứ ụ ầ ư ậ ổ Nh  v y t ng l ng C

44

7,049 + 12,3 = 19,349 (kg/h)

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ấ

ả

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

2H2 còn d  l

ượ ư ạ ủ ả ứ ả ứ Do đó l ng C i c a ph n  ng chính và ph n  ng ph ụ

là:

19,349 + 118,025 = 137,374 (kg/h)

ầ ượ ấ ế ị ả ằ Nên ta c n có l ng ch t ra vào thi t b  ph i cân b ng khi:

(cid:0) Gvào = (cid:0) Gra

2C HG

2

HCl (t

(cid:0) ụ ư ạ ả ạ ả ẩ (t o VC + s n ph m ph  + d ) + G ụ   ẩ  s n ph m ph  +

d )ư

G G G

G

G

N

H

VC

G N

N

HCldu

G G C G O 2

2

2

H O 2

C H 2 2

2

2

O 2

CHl CHO 3

CH CHCl 3

2

G G dư +

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) +

ả ừ ự ế ế ả ậ D a vào k t qu  v a tính trên ta có b ng k t lu n sau:

ấ ủ ố ậ ả ả ế ị B ng 1: B ng cân đ i v t ch t c a thi t b  chính.

ượ ượ ấ ng ch t vào ấ ng ch t ra

Kg/h 6028,985 9492,402 293,747 0,6209 14,634 4,88 L C u tấ ử C2H2 HCl N2 O2 H2 H2O

ổ ổ T ng vào 15832,27 L C u tấ ử VC HCl dư N2 O2 H2 CH3CHO CH3CHCl2 C2H2dư T ng ra Kg/h 14492,754 862,84 293,747 0,6209 14,634 17,23 46,835 137,374 15832,248

ấ ạ

ằ

ậ

ướ

ề

c và ki m

iii. tính cân b ng v t ch t t i thi ử ỗ

ế ị ử ằ ợ ả

t b  r a b ng n ẩ

ầ ộ Trong quá trình r a h n h p s n ph m đi ra ngoài, thì m t ph n VC

ờ ạ ả ứ ẽ ấ ồ ấ   và DCE s  ph n  ng và m t đi theo dòng ra ngoài cũng đ ng th i t p ch t

ỏ ỗ ể ặ ả ẩ ậ ợ ả ẽ ượ s  đ c tách ra kh i h n h p s n ph m. Do v y ta có th  đ t gi thi ế   t

ấ ử ệ ượ hi u su t r a là 5% nên ta đ c:

45

ượ ­ L ấ ng VC m t đi (đi ra)

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ả

ấ

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

724,64 kg / h

14492,754.5 100

(cid:0) (cid:0) (cid:0)

(cid:0) ừ T  đây ta đ ượ ượ c l ng VC đi vào máng nén.

14492,754 724,64 13768,114 kg / h

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)

ượ ấ ­ L ng DCE m t đi (ra ngoài)

2,342 kg / h

46,835.5 100

(cid:0) (cid:0) (cid:0)

(cid:0) ượ ẽ L ấ ng HCl m t đi s  là

43,142 kg / h

862,84.5 100

(cid:0) (cid:0) (cid:0)

(cid:0) ượ L ng HCl đi vào máy nén

862,84­43,142 = 819,698 (kg/h)

ừ ả T  đây ta có b ng sau:

ượ ượ L ng vào máy nén Kg/h L ng ra Kg/h

ngoài

VC 13768,114 VC 724,64

DCE 44,493 DCE 2,342

HCl 819,698 HCl 43,493

T pạ 293,55 T pạ 15,45

130,506 6,868 C2H2 C2H2

ổ ổ T ng vào 15056,406 T ng ra 792,793

(cid:0) L u ýư : = 15056,406 kg/h

ượ ạ ấ Nên ta có: L ấ ng t p ch t m t đi là

2 + l

2 + l

2 + l

2O

ượ ượ ượ ượ L ng N ng H ng O ng H

=

)

( 15,45 kg / h

309,001.5 100

= 293,747 + 14,934 + 0,6209 +  0 = 309,001 (kg/h)

46

ượ ạ ấ Mà l ng t p ch t vào máy nén

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ả

ấ

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

309,001 ­ 15,45 = 293,55 (kg/h)

2H2 m t đi s  là

=

)

( 6,868 kg / h

137,374.5 100

ậ ượ ẽ ấ V y l ng C

2H2 th c vào máy nén là

(cid:0) ượ ự L ng C

137,374 ­ 6,868 = 130,506 (kg/h)

ư ậ ượ ấ ế ị ệ ố Nh  v y ta có l ng ch t vào thi ử t b  (h  th ng r a là 15056,406

47

ượ ấ ế ị ổ (kg/h)) và l ng ch t ra trong thi t b  ph  chính là: 15848,804 (kg/h)

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ấ

ả

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

ấ ạ ằ ả ả ậ ế ị ử ằ ướ ề B ng 2: B ng cân b ng v t ch t t i thi t b  r a b ng n c và ki m

ấ ử ấ C u t ử Kg/h C u t ra Kg/h Ra ngoài Kg/h

14492,754 VC vào VC 13768,114 VC 724,64

46,835 DEC DEC DEC 44,493 2,342

862,84 HCl HCl HCl 819,698 43,493

137,374 C2H2 C2H2 C2H2 293,55 15,45

309,001 T pạ T pạ 6,868

T ngổ 15848,804 T ngổ T pạ 130,506 15056,406 T ngổ 792,793

ằ

ử

iv. tính cân b ng v t ch t t i thi

t b  l ng và r a.

ậ ệ

ấ ạ ụ ủ

ế ị ắ ệ ố

ở ướ ướ đây nhi m v  c a h  th ng này là dùng n ố c mu i và n c đ ể

ụ ư ề ể ứ ả ạ ạ ấ ẩ ừ ư ng ng t và làm l nh t p ch t sau đó đ a v  b  ch a s n ph m thô, t đó

ơ ượ ả ệ ố ư đ a vào b m cùng h  th ng chung thô và thu đ ẩ c s n ph m VC tinh

khi t.ế

ng vào h  th ng làm l nh.

ượ ượ ệ ố ấ ạ ệ ố ậ ạ ộ 1. Tính l L ầ   ng v t ch t đi vào h  th ng làm l nh là 99,5%. Do đó m t ph n

ư ụ ư ầ ộ ụ ế ấ ẽ ị ậ v t ch t s  b  ng ng t và m t ph n không ng ng t ặ , thi u c n và cho

ạ ế ị ả ứ quay l i thi t b  ph n  ng.

ượ ư ậ ấ ụ ­ L ng v t ch t (VC) ng ng t

13699,273 kg / h

13768,114.99,5 100

(cid:0) (cid:0) (cid:0)

ượ ư ụ ­ L ng  DEC ng ng t

44,27 kg / h

44,493.99,5 100

(cid:0) (cid:0) (cid:0)

ượ ư ụ ­ L ng  HCl ng ng t

815,599 kg / h

819,698.99,5 100

(cid:0) (cid:0) (cid:0)

48

ượ ư ạ ụ ­ L ấ ng t p ch t  ng ng t

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ấ

ả

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

=

)

( 292,082 kg / h

293,506.99,5 100

2H2 ng ng tư

ượ ụ ­ L ng C

129,853 kg / h

130,506.99,5 100

(cid:0) (cid:0) (cid:0)

ấ ả ượ ể ứ ả ẽ ả ẩ ẩ T t c  các l ng s n ph m này s  đi vào b  ch a s n ph m VC thô

ư ể đ  đi vào tháp ch ng.

ế ế ả ề ấ ạ ừ ả ằ ậ ổ T  đây ta có b ng t ng k t k t qu  v  cân b ng v t ch t t i thi ế ị  t b

ử ắ l ng và r a.

ấ ạ ả ậ ế ị ắ ử ằ B ng 3: Cân b ng v t ch t t i thi t b  l ng vào r a

ệ ố ấ C uấ Kg/h C uấ Kg/h Ra h  th ng h p th ụ Kg/h

t t

vàoử VC 68,841 VC 13699,273

DEC 0,223 DEC 44,27

HCl 4,099 HCl 815,599

T pạ 1,468 T pạ 292,082

0,653 C2H2 C2H2 130,506 129,853

ấ ử T ngổ vào ­ c u t ấ ử 75,284 raử 13768,114 VC 44,493 DEC 819,698 HCl 293,55 C2H2 T pạ 15056,406 T ngổ 14981,077 C u t

ra

ấ ạ ệ ố

ư

ằ

v. tính cân b ng vât ch t t i h  th ng ch ng

ượ ậ 1. L

ế ị ư ế ị t b  ch ng ư ậ ẽ ượ ậ ấ ng v t ch t vào thi ượ L ấ ng v t ch t vào thi t b  ch ng s  là l ấ ng v t ch t vào thùng

ứ ả ẩ ch a s n ph m thô.

ượ ậ ư ỏ 2. L

ấ ể ư ằ ả ẩ ạ ỵ ng v t chát ra kh i tháp ch ng. Tháp ch ng lu ên nh m tách các s n ph m và t p ch t đ  thu đ ượ   c

49

ẩ ế ả s n ph m VC tinh khi t.

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ả

ấ

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

ớ ả ế ẩ ả ế ằ ợ ị V i s n ph m VC. N u ta gi thi ạ ặ   t r ng 1% b  trùng h p và t o c n

ư ậ ượ ạ ỷ ẽ thu  phân t o thành anđêhýt. Nh  v y l ấ ng VC m t đi s  là:

13699,273. 0,01 = 136,933 (kg/h)

ẩ ả ỉ ượ Do đó ta có s n ph m đ nh (VC) và hàm l ng

13699,273 ­ 136,933 = 13562,28 (kg/h)

ư ệ ấ ớ ả ế ẩ V i hi u su t tháp ch ng là 98% theo gi thi ả t thì các s n ph m ph ụ

ấ ẽ ạ ặ và t p ch t s  theo c n ra ngoài.

DEC: 44,27. 0,98 = 43,384 (kg/h)

HCl: 815,599. 0,98 = 799,287 (kg/h)

ạ T p: 292,082. 0,98 = 286,24 (kg/h)

C2H2: 129,853. 0,98 = 127,256 (kg/h)

ấ ủ ứ ư ệ Tuy nhiên vào hi u su t c a tháp ch ng là 58%, t c là không tri ệ ể  t đ

ầ ộ ỏ ạ ụ ẽ ả ả ẩ cho nên m t ph n nh  còn l ẩ   i các s n ph m ph  trên s  thu s n ph m

chính là VC.

ấ ạ ệ ố ư ả ả ằ ậ B ng 4: B ng cân b ng v t ch t t i h  th ng ch ng

vào C u t ra

ấ ử VC ấ ử C u t VC Kg/h 13699,273 Kg/h 13562,28

DEC DEC 44,27 43,384

HCl HCl 815,599 799,287

T pạ C2H2 292,082 286,24

T pạ C2H2 129,853 127,256

T ngổ T ngổ 14981,077 14981,447

ả ứ

ằ

vi. Tính cân b ng nhi

ệ ượ t l ỗ

ế ị ệ

ế ị ả ứ

ủ t b  ph n  ng. ng c a thi ợ Quá trình này h n h p nhiên li u theo thi

t b  ph n  ng có nhi ệ ộ  t đ

0C. T i đây ph n  ng x y ra trong quá trình to  nhi

ừ ả ứ ạ ả ả ệ t ế  100 đ n 120 ạ t m nh.

50

ể ế ệ ộ ủ ướ ố Do đó đ  kh ng ch  nhi t đ  c a quá trình ta dùng n ạ c làm l nh, n ướ   c

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ấ

ả

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

0C đ

ệ ộ ả ể ở ố vào có nhi t đ  kho ng 25 ướ  phía ngòai  ng. N c ra ngoài có nhi ệ   t

0C. Các s n ph m ph n  ng đi ra ngoài có nhi ả ứ

0C.

ẩ ả ệ ộ ộ đ  là 45 t đ  là 220

ậ ọ V y ta g i:

ả ứ ả ệ ượ t l ng do các ph n  ng to  ra (Kcal/h) Q1 là nhi

ợ ả ỗ ệ ượ t l ẩ ng h n h p s n ph m mang ra (Kcal/h) Q2 là nhi

ướ ạ ệ ượ t l ng do n c làm l nh mang vào (Kcal/h) Q3 là nhi

ỗ ợ ệ ượ t l ệ ng h n h p nguyên li u mang vào (Kcal/h) Q4 là nhi

ệ ướ ạ t do n c làm l nh mang ra (Kcal/h) Q5 là nhi

ệ ủ ấ t m t mát c a quá trình (Kcal/h) Q6 là nhi

ừ ươ ằ T  đây ta có ph ng trình cân b ng.

Q1 + Q3 + Q4 = Q2 + Q5 + Q6

1. Tính Q1.

ở ấ ả ế ị ậ  đây ta nh n th y nhi ệ ượ t l ng to  ra trong thi ả ứ t b  ph n  ng ch ủ

ế ừ y u t

(1) C2H3Cl + 44 KCal/h

(2) C2H3Cl2 + 5,86 KCal/h

ượ ệ ằ ộ ả ứ  2 ph n  ng sau: C2H2 + HCl (cid:0) C2H3Cl + HCl (cid:0) ư ậ ổ Nh  v y t ng l ng nhi t VC có m t trong quá trình b ng l ượ   ng

ả ứ nhi ệ ạ ừ t t o t 2 ph n  ng trên.

ượ ệ ả ứ ạ ­ L ng nhi t do ph n  ng (1) t o ra:

. 44 = 10202,989 . 103   (KCal/h) q1 = 103 . 14492,754 62,5

ượ ệ ở ả ứ ­ L ng nhi ả t to  ra ph n  ng (2).

= .5,86 2,772.103 (KCal / h) q2 = 103 . 46,835 99

ậ V y ta có:

51

Q1 = q1 + q2 = 10202,898 . 103 + 2,772 . 103 = 10205,67.103  (KCal/h)

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ả

ấ

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

2/ Tính Q2.

ấ ượ ả ẩ ỗ ợ ỏ ế ị Ta th y l ng h n h p s n ph m ra kh i thi ả ứ t b  ph n  ng bao

g m:ồ

ra

ấ ử C u t VC DCE HCl C2H2 ấ ạ T p ch t Kg/h 14492,754 46,835 862,84 137,374 309,001

ậ ủ ừ ấ ử ượ ứ V y ta có nhi ệ ượ t l ng c a t ng c u t đ c tính theo công th c:

Qi = Gi . Ci . Ti (KCal/h)

ố ượ Trong đó: G: kh i l ng.

ệ ủ ứ ấ C: Nhi ộ t dung c a ch t th  i (KCal/kg đ )

T: Nhi ệ ộ t đ .

ư ậ ổ ủ ỗ ợ ệ ượ t l ng c a h n h p là:

(KCal/kg đ ).ộ Nh  v y t ng nhi Q = (cid:0) qi

0C thì:

2NC  = 0,25 KCal/kg đ .ộ

2OC  = 0,23 KCal/kg độ

2H OC  = 0,57 KCal/kg độ

2HC  = 0,32 KCal/kg độ

HClC  = 0,32 KCal/kg độ

ở Mà ta có 220

CVC = 0,36 KCal/kg độ

CDCE = 0,342 KCal/kg đ .ộ

ượ ứ c tính theo công th c: Trong đó C2H2 và DCE đ

Cp = ni. Ci/M

ố ượ ớ V i M là kh i l ng phân t ử .

52

ố n : là s  nguyên t ử .

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ấ

ả

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

ệ ố C: Là nhi ủ t dung c a nguyên t ộ  KCal/kg đ .

ậ V y ta có:

Q2  = (14492,754 . 0,36 + 46,835 . 0,342 + 862,84 . 0,32 + 293,747 .

0,25 + 0,6209 . 0,23 + 14,634 . 0,32). 220

= 1229311,654 = 12,29311 . 105 (KCal/h).

3. Tính Q3.

ọ ượ ướ ể ầ ệ ộ ế ị Ta g i l ng n c c n dùng là G đ  duy trì nhi t đ  thi ả   t b  ph n

0C t

ứ ớ ượ ướ ệ ộ ầ ằ ừ ng, v i l ng n c vào nhi t đ  đ u b ng 25 đó ta có:

2H OG  = 24,97 .

2H OG

Q3 = 25 . 0,9988.

4. Tính Q4.

ệ ợ ỗ ế ị ả ứ ồ H n h p nguyên li u vào thi t b  ph n  ng bao g m các c u t ấ ử 2   e

100(cid:0) 1200C.

: 6028,985 Kg/h. C2H2

HCl : 9492,402  Kg/h

T pạ :  309,001 Kg/h

ư ậ ệ ợ ỗ Nh  v y ta  có nhi ệ ượ t l ng  do h n h p nguyên  li u mang vào ở

10000C.

Q4  = (6028,985 . 0,46 + 9492,402 . 0,20 + 293,747 . 0,25 + 0,6209 .

0,29 + 14,634 . 0,35). 1000

= 4750552,21 (KCal/h).

5. Tính Q5.

0C v iớ

ướ ỏ ế ị ả ứ ệ ộ ấ Ta th y khi n c đi ra kh i thi t b  ph n  ng có nhi t đ  45

ộ ậ Cp=0,9987 KCal/kg đ  v y.

ướ Nhi ệ ượ t l ng do n c mang ra:

2H OG  = 44,942.

2H OG .

Q5 = 0,9987 . 45 .

53

Q = G. T. Chi phí = KCal/mol.

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ả

ấ

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

ệ ấ ủ t dung c a ch t đó. Cp : Nhi

ả ệ ấ 6. Tính Q6. Ta gi thi ế ượ t l ng nhi t m t mát ra trong quá trình là 2% khi đó:

2H OG  + 4750552,21.

Q6 = 0,02(q2+Q3+Q4)=0,02(10202,898 . 103+24,96.

ươ ằ Theo ph ng trình cân b ng nguyên lý ta có:

Q1 + Q3 + Q4 = Q2 + Q5 + Q6.

2H OG  + 4750552,21)

(cid:0) 0,98(10202,898.103 + 24,96.

2H OG .

= 12,29296. 105 + 44,942.

2H OG  = 655483,3315.

ả ươ ượ Gi i ph ng trình trên ta đ c:

Q5 = 44,942 . 655483,3315 = 29458731,88 = 29.106.

Q3 = 24,97 . 655483,3315 = 16367418,79 = 16.106.

Q6 = 0,02(10202,898 . 103 + 24,97 . 655483,3315 + 4750552,21)

= 626417,38.

ằ ả ế ị ả ứ B ng 5: Cân b ng nhi ệ ượ t l ủ ng c a thi t b  ph n  ng.

Nguyên li uệ Q1 Q3 Q4 T ngổ KCal/h 10205670 16367418,79 4850552,21 31323641 Nguyên li u raệ Q2= Q5 Q6 T ngổ KCal/h 1229311,654 29458731,88 626417,38 31323641,77

ằ

ệ ượ t l

VII. Tính cân b ng nhi ệ ố

ủ ệ ố ng c a h  th ng thi ế ị ử

ẩ ỗ ừ Đi vào h  th ng thi

ế ị ử t b  r a. ả ợ t b  r a là h n h p s n ph m đi ra t

thi ế ị  t b

0C quá tgrình đ

ả ứ ệ ộ ượ ử ằ ướ ph n  ng có nhi t đ  2202 c r a b ng n ợ   ỗ c, h n h p

ả ứ ượ ự ế ế ph n   ng   đ ớ   c   ti p   xúc   tr c   ti p   v i

Sản phẩm ra (Q

)

2

ướ ấ ỏ ỗ n ỏ   ợ c l y ra kh i h n h p. Sau khi ra kh i

Nước

ế ị ử ả ệ ộ thi t b  r a. Ta gi ế  thuy t có nhi t đ  60%

vào

(Q

ứ ả ợ ỗ ẩ và h n h p s n ph m vào thùng ch a có

) 3

54

ệ ộ nhi t đ  80%.

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ả

ấ

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

Nguyên t k  phân x

ng s n xu t VC

liệu

Nước ra (Q

)

(Q

)

4

1

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

ừ ể ả ằ ơ ồ T  đây ta có th  mô t b ng s  đ  sau:

ư ậ ơ ồ ự ả ươ Nh  v y d a vào s  đ  đai qu n trên ta có ph ằ   ng trình cân b ng

ạ ệ ố ế ị ử nhi ệ ượ t l ng t i h  th ng thi t b  r a.

Ta có: Q1 + Q3 = Q2 + Q4 + Q5.

4).

ướ 1/ Tính nhi

ng n ỏ ỉ ơ ộ ượ ầ ệ ượ t l Sau khi ra kh i thi c mang ra (Q ế ử ướ t r a n c không ch  đ n thu n là m t l ộ   ng m t

ợ ủ ấ ở ấ ỗ ồ ch t mã là h n h p c a các ch t 60% và bao g m.

Kg/h 724,64 2,342 15,45 6,868 43,493

Cp (KCal/kg đ )ộ 0,349 0,332 0,303 0,44189 0,303 ấ ồ ượ ướ ể ử ạ G i ọ ng n c cho vào đ  r a t p ch t, bao g m: Nguyên li uệ VC DCE ấ ạ T p ch t C2H2 HCl 2H OG  là l

Kg/h 8,128 0,267 0,156 0,026 Cp (KCal/kg đ )ộ 0,249 0,224 0,569 4,96 Nguyên li uệ N2 O2 H2O H2

(cid:0) Ta có:

Q4 = 60(724,64 . 0,349 + 2,342 . 0,332 +43,4930,303 + 6,868. 0,44189

+ 8,128 . 0,249 + 0,224 + 0,156 . 0,569 + 0,026 . 4,96)

2H OG .

= 16363,68 + 34,14

1)

ệ ượ t l

2. Tính toán nhi ỗ ng h n h p nguyên li u mang vào (Q ệ ố ỗ ợ ử ệ ợ ả ẩ ợ ỗ ừ H n h p đi vào h  th ng r a là h n h p s n ph m đi ra t thi ế ị  t b

0C, và l

ả ứ ệ ộ ượ ệ ph n  ng có nhi t đ  220 ng nhi ị ấ   ư t năng coi nh  không b  m t

mát.

1 = 1229311,654.

55

ậ V y ta có: Q

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ả

ấ

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

2).

ả ẩ 3. Tính nhi ng s n ph m mang ra (Q

Cp (KCal/kg đ )ộ 0,35 0,333 0,304 0,304 0,4189 ệ ượ t l Nguyên li uệ VC DCE HCl ấ ạ T p ch t C2H2

ậ ượ ạ Kg/h 13768,114 44,493 819,698 293,55 130,506 ồ V y l ấ ng t p ch t bao g m:

Kg/h 157,632 0,506 2,956 0,49 Cp (KCal/kg đ )ộ 0,249 0,224 0,569 4,96 Nguyên li uệ N2 O2 H2O H2 (cid:0) Ta có:

Q2 = 80(1378,114 . 0,35 + 44,493 . 0,333 + 819,698 . 0,304 + 130,506 .

0,4189+157,632.0,249+0,506. 0,224 + 2,956 . 0,569 + 0,49. 4,96).

= 80 . 5180,987 = 414479,09.

2)

ướ ng do n c mang vào (Q

0C khi đi ra khỉ

ượ ướ ệ ộ 4. Tính nhi G i ọ ng n c mang vào có nhi t đ  là 25 ệ ượ t l 2H OG  là l

0C v iớ  Cp = 0,569.

ế ị ớ ệ ộ thi t b  v i nhi t đ  là 60

2H OG .

V y ậ (cid:0) Q3 = 34,14

ủ 5. Tính nhi

ấ ớ ệ ượ ng m t mát c a Q5. t l ế ả t nhi ấ ệ ượ t l thi ớ V i gi ng m t mát trong quá trình là 2% so v i nhi ệ   t

ượ l ng mang vào.

5 = 0,02 (Q1 + Q3).

ư ậ Nh  v y ta có: Q

ươ ằ Khi đó ph ng trình cân b ng nguyên lý ta có:

0,98 (Q1 + Q3) = Q2 + Q4.

2H OG ) = 414479,096 + 16363,68 + 34,14

2H OG .

(cid:0) 0,98(1229311,654 + 34,14

2H OG  = 1133395,99 (Kg).

(cid:0)

ả ằ ế ị ử

ữ

ễ

ấ

ưở

Thi

ủ ệ ố ệ ươ ng c a h  th ng thi B ng 10: Cân b ng nhi t l 56 ế ế ầ ấ t k  phân x SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8 t b  r a. ả ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

Nhi ng vào Nhi ng ra

KCal/h 1229311,654 38694139,098 ệ ượ t l Q1 Q3

ệ ượ t l Q2 Q4 Q5 (cid:0) (cid:0) 39923450,176 KCal/h 414479,096 38694139,098 789166,982 39923450,04

ạ

III. Tính cân b ng nhi

ằ ế ị

ế ị t b  làm l nh. ụ ư

ệ ượ t l ạ

ạ i thi ệ

ng t t b  làm l nh có nhi m v  ng ng t

ụ ả ẩ ộ Thi ầ ả    s n ph m, và m t ph n s n

ẩ ế ị ả ứ ả ẩ ph m tách ra cho quay tr ở ạ  l i thi t b  ph n  ng. S n ph m đi ra, đi vào

0C. Sau khi làm l nh có nhi

0C.

ế ị ệ ộ ạ ệ ộ thi ạ t b  làm l nh có nhi t đ  là 80 t đ  là 40

0C.

ử ụ ạ ị ướ ố ệ ộ Quá trình làm l nh s  d ng dung d ch n c mu i 10% có nhi t đ  33

Nguyên liệu (Q6)

Nước muối vào (Q1)

Phần không ngưng (Q5) Nước muối ra (Q4)

Lượng nhiệt (Q3)

Sản phẩm ngưng tụ ra (Q2)

ơ ồ ạ ị ạ ằ T i v  trí làm l nh ta có s  đ  cân b ng nhi ệ ượ t l ng.

ạ 1. Tính nhi

1) t đ  0

ệ ượ t l ị ố Dung d ch n ng do tác nhân làm l nh vào (Q ướ c mu i 10% đi vào có nhi ệ ộ 0C. Do đó nhi ệ ượ   ng t l

1 = 0.

ướ ố n c mu i mang vào có Q

2. Tính nhi

6). t đ  80

0C g m các c u t

ệ ng do nguyên li u mang vào (Q ệ ộ ế ị ồ ệ ượ t l ệ Nguyên li u vào thi ạ t b  làm l nh có nhi ấ ử    đi

57

ừ ế ị ử ứ ả ra t thi t b  r a, t c là nhi ệ ượ t l ẩ ng do s n ph m mang ra.

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ấ

ả

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

Q6 = Q2 = 414479,144.

2).

ụ 3. Tính  nhi mang ra (Q

ỗ ồ ư ệ ượ ng ng ng t t l ụ ư ợ H n h p ng ng t mang ra bao g m:

Kg/h 13699,273 44,27 815,599 292,082 129,853 Cp (KCal/kg đ )ộ 0,348 0,331 0,3 0,3 0,441 Nguyên li uệ VC DCE HCl ấ ạ T p ch t C2H2

ấ ạ ồ T p ch t bao g m:

Kg/h 8,128 0,267 0,156 0,026 Cp (KCal/kg đ )ộ 0,249 0,224 0,569 4,96 Nguyên li uệ N2 O2 H2O H2

(cid:0) Q2 = 40(13699,273 . 0,348 + 44,27 . 0,331 + 815,599 . 0,3 +129,853. 0,441

+ 8,128 . 0,249 + 0,267 . 0,224 + 0,156 . 0,569 + 0,026 . 4,96)

= 202649,786 (KCal/kg đ ).ộ

3)

ệ 4. Nhi t m t mát trong quá trình (Q

ệ ấ ấ ả Ta gi ế  thuy t nhi t m t mát trong quá trình là 2%.

3 = 0,02 (Q1 + Q6)  (KCal/h)

ậ

V y ta có: Q   (cid:0) Q3 = 0,02 (0 + 414479,144) = 8289,583 (KCal/h).

ệ ướ ạ 5. Nhi t do n

4). ố ướ Quá trình s  d ng dung d ch mu i n

0C,

c làm l nh mang ra (Q ử ụ ị ệ ộ c 10% đi ra có nhi t đ  33

ậ v y ta có:

ộ ộ Cp = 3395 J/kg đ  = 0,8114  KCal/kg đ .

58

(cid:0) Q4 = 33 . 0,8114 GNaCl = 26,776 GNaCl.

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ả

ấ

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

5).

ư ầ 6. Nhi ng ph n không ng ng mang ra (Q

ệ ượ t l ồ ấ ử Bao g m các c u t sau:

Kg/h 68,814 0,223 4,099 1,468 0,653 Cp (KCal/kg đ )ộ 0,349 0,332 0,303 0,303 0,441 Nguyên li uệ VC DCE HCl ấ ạ T p ch t C2H2

ấ ạ ồ T p ch t bao g m:

Kg/h 0,042 1,325.10­4 7,994.10­4 1,325.10­4 Cp (KCal/kg đ )ộ 0,249 0,224 0,569 4,96 Nguyên li uệ N2 O2 H2O H2

ư ậ Nh  v y ta có:

Q5 = 60 (68,814 . 0,349 + 0,223 . 0,332 + 4,099 . 0,303 + 0,653 . 0,441

+ 0,042 . 0,249 + 1,325.10­4 . 0,224 + 7,994 . 10­4. 0,569 + 1,325 .

10­4. 4,96).

= 1606,272 (KCal/h)

ả ử ế ị ệ ậ Gi s  thi t b  làm vi c là 98% v y ta có:

0,98 . Q6 = Q2 +Q4 + Q5 (vì Q1 = 0).

(cid:0) 0,98 . 414479,096 = 202649,786 + 26,776 GNaCl + 1606,272.

(cid:0) GHCl = 7601,157 (KCal/h)

(cid:0) Q4 = 201933,456 (KCal/h)

ằ ả ế ị ạ B ng: Cân b ng nhi ệ ượ t l ủ ng c a thi t b  làm l nh.

Nhi ng vào Nhi ng ra

KCal/h 414479,096 0 ệ ượ t l Q6 Q1

59

KCal/h 202649,786 8289,583 201933,456 1606,272 ệ ượ t l Q2 Q3 Q4 Q5

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ả

ấ

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

(cid:0) (cid:0) 414479,096 414479,097

ế ị

IX. Tính thi

t b  chính. ế ị

ượ ở ạ Các thi ả ứ t b  ph n  ng đ c tính toán ề   ố  đây có d ng  ng chùm đ u

ế ạ ằ ỉ ch  t o b ng thép không r .

2 mang trên than ho tạ

ả ợ ổ ố Quá trình t ng h p VC x y ra trong  ng HgCl

tính.

ả ậ V y ta có b ng sau.

ố ượ Kh i l ng (Kg/h)

6028,895 9492,402 293,747 0,6209 14,634 4,88 C u tấ ử C2H2 HCl N2 O2 H2 H2O

0C.

ở ệ ộ ủ ế ị đây nhi t đ  c a dòng khí vào thi t b  là 25

ể

ỗ ợ 1. Th  tích h n h p khí qua thi ợ ế ị t b . ồ ệ ỗ ể H n h p nguyên li u đi vào g m C 2H2, HCl, N2, O2, H2, H2O th  tích

ượ ứ ủ c a chúng đ c tính theo công th c:

V = (5 ­ tr5) G P

ượ ế ị Trong đó:  G: L ng khí đi qua thi t b  trong 1 h (kg/h).

3)

ố ượ P: Kh i l ủ ng riêng c a khí (Kg/m

= P Ta có: (kg/m3). M.273.P 22,4.T.P 0

ố ượ ủ Trong đó: M: Kh i l ng c a mol khí (kg/Kmol).

ệ ộ T: Nhi ệ ố ủ t đ  tuy t đ i c a khí.

60

ấ ủ ế ị ề ẩ ể t b  và đi u khi n tiêu chu n. P, P0: áp su t c a khí trong thi

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ấ

ả

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

ở ướ ế ị ở ề ệ đây ta coi dòng khí tr c khi vào thi ẩ    đi u ki n tiêu chu n. t b

0C. V y khi đó ta có:

ả ế ệ ủ ậ Gi thi t quá trình làm vi c c a thi ế ị ở t b 120

2H2 đi qua thi

ế ị ả ứ ể ­ Th  tích C t b  ph n  ng.

2 2C HG  = 6028,895 (Kg/h)

2 2C HM  = 26 (Kg/Kmol).

Ta có:

P = 1 at.

T = 3930C (273 + 1200K).

= = = (cid:0) = 0,806 (Kg/m3). P 2 2C H 26.273.1 7098 22,4.393.1 8803,2 M.273.P 22,4.T.P 0

2 2C H

= = V = 7480,018 (m3/h). G 6028,895 P 0,806

ươ ự ượ ế ị ả ứ ­ T ng t ể  ta có th  tích l ng HCl đi qua thi t b  ph n  ng.

0

= = = = 1,132 P HCl (kg/m3). M.273.P 36,5.273.1 9964,5 22,4.T.P 22,4.393.1 8803,2

= = (cid:0) V   HCl = 8385,514 (m3/h). G 9492,402 P 1,132

2 đi qua thi

ể ế ị ả ứ ­Th  tích N t b  ph n  ng.

0

= = = = 0,868 (kg/m3). P 2N 7644 28.273.1 M.273.P 22,4.T.P 22,4.393.1 8803,2

2N

= = (cid:0) V = 338,418  (m3/h). G 293,747 0,868 P

2 đi qua thi

ể ế ị ả ứ ­ Th  tích O t b  ph n  ng.

0

= = = = 0,992 (kg/m3). P 2O M.273.P 8736 32.273.1 22,4.T.P 22,4.393.1 8803,2

2O

= = (cid:0) V = 0,626  (m3/h). G 0,6209 0,992 P

2 đi qua thi

61

ể ế ị ả ứ ­ Th  tích H t b  ph n  ng.

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ấ

ả

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

0

546 = = = = 0,062 (kg/m3). P 2H 2.273.1 M.273.P 22,4.T.P 22,4.393.1 8803,2

2H

= = (cid:0) V = 236,032  (m3/h). G 14,634 P 0,062

2O đi qua thi

ể ế ị ả ứ ­ Th  tích H t b  ph n  ng.

0

= = = = 0,558 (kg/m3). P 2H O M.273.P 4914 18.273.1 22,4.T.P 22,4.393.1 8803,2

2H O

= = (cid:0) V = 8,745  (m3/h). G 4,88 P 0,558

ủ ợ ư ậ ể ổ ế ị Nh  v y ta có t ng th  tích c a h p khí đi qua thi ả ứ t b  ph n  ng là:

HCl

C H 2 2

2

2

H O 2

+ + + V V + V V H VT = + V V N O 2

= 7480,018 + 8385,014 + 338,418 + 0,626 + 236,032 + 8,745

= 16448,853 (m3/h)  = 4,569 (m3=/s).

(cid:0) ệ ủ ể ậ ế ị ằ ể V y th  tích làm vi c c a thi t b  b ng (0,7 ự ủ    0,8) th  tích th c c a

ế ị ể ế ộ ể ả ủ ả ế ị thi t b  đ  có th  đ m b o ch  đ  an toàn c a thi ọ   ở t b  tránh n , ta ch n

ư ậ ể ế ị ự 0,75 nh  v y th  tích thi t b  th c là:

= 21931,804 (m3/h). VT = 16448,853.100 75

xt).

ể ậ V y ta có th  tích xúc tác: (V

Xt

V

V T = f

ả ứ ờ Trong đó: T: Th i gian ph n  ng (s)

3).

ể

3/h).

ư ượ ng dòng khí (m VXt: Th  tích xúc tác (m (cid:0) V: L u l

(cid:0) ớ ậ V i T = 0,1 ọ  1 V y ta ch n T = 0,5 (s).

(cid:0) Vxt = (cid:0) V = 21931,084 m3/h = 6,092 (m3/s).

(cid:0) Vxt = (cid:0) V. T = 6,092 . 0,5 = 3,046 (m3).

62

ế ủ ệ ế ị ­ Ta có ti t di n ngang c a thi ả ứ t b  ph n  ng là:

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ả

ấ

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

TV .3600

= S w

(cid:0) ố ộ ơ ế ị Trong đó: : T c đ  h i đi trong thi ọ (cid:0) t b  (m/s): ta ch n = 3 (m/s)

VT: 21931,084 (m3/h).

V y ậ (cid:0) S = = 2,03 (m2). 21931,084 3.3600

ề ớ ­ Chi u cao l p xúc tác.

XtV S

= H = = 1,5 (m) 3,046 2,03

T = 4,8 (m)

ố ọ ề Ta ch n chi u cao  ng H

ườ ọ ố Ta ch n  ng có đ ng kính D = 57 . 3,7 (mm)

ủ ố ố 2. Tính s   ng c a thi

ế ị t b . 2,03 S =

2 D � � � � 2 � �

2 � � �

ố n = = 795 ( ng). p 3,14 0,057 2 � � �

ố ố ậ ố ế ị ố ố ụ V y ta b  trí s   ng trong thi t b  theo hình l c giác, s   ng trên chéo qua

ộ ạ ố ố ụ ủ ủ ạ tâm c a hình sau c nh là b, s   ng trên m t c nh c a hình l c giác là a,

ậ v y ta có:

b = 2a ­ 1 [6 ­ tr49]

n = 3a (a ­ 1) + 1

ở ượ Thay n = 795 trên ta đ c:

795 = 3a (a ­ 1) + 1 = 3a2 ­ 3a ­ 795.

ả ươ ọ Gi i ph ng trình ta có: a = 28,226, ta ch n a = 28.

(cid:0) b = 2. 28 ­ 1 = 55.

ư ậ ế ả ẩ Nh  v y khi qui chu n ta có k t qu  sau:

a = 28.

b = 55.

63

ẩ ố Sau khi qui chu n ta có: n = 2 .28 (28 ­ 1) + 1 = 1513 ( ng).

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ấ

ả

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

ườ ng kính thi

ứ 3. Tính đ ườ Ta có đ ng kính thi ế ị t b . ế ị ượ t b  đ c tính theo công th c sau:

D = t(b­1) + 4d;  m [6­tr49]

Trong đó:

(cid:0) ướ ố t: b c  ng, t = (1,2 1,5)d.

ườ ủ ố d: đ ng kính ngoài c a  ng: d = 57 + 7 = 64 (mm).

ấ Ta l y t = 1,4 . x = 1,4 . 64 = 89,6 (mm)

(cid:0) D = 89,6 (55 ­ 1) + 4. 64 = 5094,4 (mm)

ẩ ọ Ch n qui chu n ta có: D = 2,4 (m).

ọ ố ế ị Ch n s  ngăn thi t b  là: 5.

ư ậ ướ ủ ế ị ư Nh  v y ta có kích th c c a thi t b  nh  sau:

ườ Đ ng kính D = 2,4 (m)

5 = 4,8 (m)

ề ế ị Chi u cao thân thi t b : H

ố ố S   ng n =1513 ( ng)ố

ướ ố B c  ng t = 89,6 (mm)

ướ ố Kích th c  ng: d . 3 = 57 . 3,5 (mm)

ề

ế ị ệ ở ề ấ 4. Chi u dày thân thi Thân thi ế ị t b . ụ t b  hình tr  làm vi c ả  áp su t khí qu n có chi u dày đ ượ   c

t

ứ ị xác đ nh theo công th c:

tD .P ] - D

(cid:0)  = + C(m) (6 ­ tr352) d j

[ 2

t

Trong đó:

t = 2,4 (m)

ườ ế ị ng kính trong thi t b  D Dt: đ

(cid:0) ệ ố ụ ươ ớ ọ ủ : H  s  bán hàng c a hình tr  theo ph ng d c do bàn giáp v i hai

ệ ằ ồ bên b ng h  quang đi n.

V i ớ (cid:0) = 0,95 [6 ­ tr352]

64

ế ị ệ ở ự ể t b  làm vi c áp l c khí quy n nên có: ấ Pt: áp su t trong thi

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ả

ấ

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

Pt = 1. 105 (N/m2).

ạ ượ ề ề ổ C: Đ i l ng b  sung do ăn mòn, bào mòn và dung sai âm v  chi u dày,

m.

C = C1 + C2 + C3

ấ ổ ừ ề ậ ệ ệ ặ    đi u ki n ăn mòn v t li u ho c V i Cớ 1: B  sung ăn mòn xu t phát t

ườ ệ ủ ờ ế ị ủ c a môi tr ng và th i gian làm vi c c a thi ậ ệ t b . Do v t li u làm thi ế ị  t b

1 = 1mm = 0,001m.

ậ ệ ề là v t li u b n X18H10T nên C

ứ ệ ổ ạ ắ   C2: B  sung do hao mòn, do nguyên li u không ch a các h t r n

2 = 0 (m).

ể ộ ớ ỉ chuy n đ ng, l p xúc tác là t nh nên có C

ủ ề ổ ượ ề ọ c ch n theo chi u dày. C3: B  sung do dung sai âm c a chi u dày, đ

(cid:0) C = 0,001 + 0 + C3 (m).

ứ ấ ủ T:  ng su t c a thành thi ế ị t b .

K  là  ng su t cho phép c a v t li u thép X18H10T gi

ậ ệ ủ ứ ấ G i Tọ ớ ạ   i h n

ượ ứ ị đ c xác đ nh theo công th c.

K

d

[

] d =

K

.n [6 ­ tr356] h

Trong đó:

(cid:0) ệ ố ệ ỉ ế ị ạ : h  s  hi u ch nh do thi t b  là lo i H nên ta có:

n = 4,0 [6 ­ tr356].

ớ ạ ề ở i h n li n khi K có nhi ệ ộ 0C ta đ t đ  t c.ượ TK: Gi

6

ệ ố [6 ­ tr356] TK = 550 . 10=6 (N/m2). (cid:0) K: H  s  an toàn b n: ề (cid:0) K = 2,6

(cid:0)

] d =

+ 550.10 2,6

[ . 1,0 = 211,538 . 106 (N/m2).

ứ ặ ấ ớ ạ ả ủ ­ M t khác ta có  ng su t cho phép gi i h n ch y c a thép X10H10T

ứ ị xác đ nh theo công th c.  [6­tr355].

C

(cid:0) d h

[

] =

K

C

65

. h

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ả

ấ

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

Trong đó:

ớ ạ ả ở ượ i h n ch y nhi ệ ộ 0C [Xem b ng 6 ­ tr309] ta đ ả t đ  T c: (cid:0) C: Gi

(cid:0) C = 220. 106  N/m2.

ệ ố ớ ạ ả ả ượ i h n ch y [Xem b ng 6­tr309] ta đ c: (cid:0) C: H  s  an toàn theo gi

(cid:0) C = 1,5, v y khi đó: ậ

d

[

] =

K

6 220.10 1,5

. 1,0 = 146,7 . 106 (N/m2).

ể ả ỏ ơ ế ả ấ ả ộ ị Đ  đ m b o đ  bình ta l y giá tr  nh  h n trong 2 k t qu  trên đ ể

tính ti p:ế

ệ ằ ặ ọ ồ ớ Hàn d c, hàn b ng h  quang đi n, hàn giáp v i hai m t: [6 ­ tr362].

ậ V y ta có: (cid:0) H = 0,95.

K P

6 146,7.10 5 1.10

d = (cid:0) Vì: .0,95 139,65 50 j = . H

ể ỏ ạ ượ ẫ ố Do đó ta có th  b  qua đ i l ng P ở ướ  d ứ i m u s  trong công th c

[6 ­ tr360]

tD .P [ ] 2

+ C. (m) V y:ậ S = s j

5 2,4.1.10 6 2.146,7.10 .0,95

= + (cid:0) S = (m) 0,001 C 3

(cid:0) (cid:0)  = 0,00086 + 0,001 + C3 = 0,00186 + 0,8 . 10­3.

3 = 0,8 . 10­3 (m)

Ta ch n Cọ

(cid:0) C3 = 0,0026 ,  m = 2,6 mm.

(cid:0) ẩ Qui chu n ta có: S = 4mm.

ờ ấ ủ ử ằ ứ ể ấ Bây gi ta ki m tra  ng su t c a thành theo áp su t th  b ng n ướ   c

ứ theo công th c sau:

)

( + -

t 2(S C)

t 1,2

66

s s = D S C P � � � � < (N/m2) [6­tr365] - j

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ả

ấ

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

ở ấ ượ ứ ị đây P c xác đ nh theo công th c: ử 0: áp su t th  tính toán đ

[6­tr365] P0 = Pth + Pt N/m2

ả ấ Trong đó: [6­tr388] ỷ ự ấ Pth: áp su t thu  l c l y theo b ng

6    N/m2.

th = 1,5 P (không đ

ượ ỏ ơ Ta l y Pấ c nh  h n 0,2 . 10

ủ ướ ấ ỷ ị ứ c, xác đ nh theo công th c Pt: áp su t thu  tĩnh c a n

P = Pt. g . H

V i Pớ t = 1000 kg/m3, g = 9,81 m/s2, h = 3m.

(cid:0) Pt = 1000. 9,81 . 3 = 29430 N/m3.

ứ

+ -

)

) +

3 4 0,8.10

5 1,86.1,0.10

3

s � 2,4 � s = 29430 = < 6 85,15.10 - 1,2 Thay vào công th c ta có: ( ( � � 2(4 0,8).10 .0,95

6 220.10 1,2

= = 813,33 . 106 = 183,33 . 106 N/m2.

ư ậ ề ệ ể ấ ả ả ả Nh  v y ta th y tho  mãn đi u ki n ki m tra đ m b o cho thi ế ị   t b ,

ế ị ề ậ v y thân thi t b  có chi u dày là 4mm.

ắ 5. Tính đáy và n p thi

ắ ượ ừ ậ ệ ạ ớ ế ị t b . Đáyvà n p tháp cũng đ c làm t v t li u cùng lo i v i thân tháp ta

ạ ắ dùng lo i đáy, n p elíp có gì cho thân hàn.

ủ ệ ề ắ ấ ị ượ Chi u dày S c a đáy và n p làm vi c ch u áp su t trong đ c tính

theo công th c.ứ

+ C S = (m) [6 ­ tr385] s j -

[ 3,8

K

h

b

D .P t ] K. D t . p 2h

Trong đó:

ề ử ủ ả c a đáy, náp, xem b ng [6 ­ tr382) hb: Chi u cao phân t

b = 550 mm = 0,55 (m)

ậ ọ V y ta ch n: h

h: H  s  b n n i hàn h

(cid:0) ệ ố ề ố ướ ế ả ng tâm (n u có) xem b ng    [6­tr382].

h = 0,45 (hàm giám n i hai bên).

67

ố Ta ch n: ọ (cid:0)

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ấ

ả

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

ệ ố ượ ư ị K: H  s  không khí nguyên, đ c xác đ nh nh  sau:

t

K = + 1 d D

t: đ

ở ườ ấ ủ ỗ ứ ớ ườ ớ đây D ng kính l n nh t c a l (t c là đ ấ   ng kính l n nh t

ả ủ ỗ c a l không ph i hình tròn) d = 0,15m.

K] = 211,5 . 106, N/m2 và TC = 220.106.

ậ V y tat có: [T

ừ ượ T  đó ta tính đ c K = 1 ­ = 2,25. 0,15 2,4

h =

. 0,0625 . 0,95 = 125,6 >> 30. Vì TK. K. (cid:0) 211,538.10 1.10

ạ ượ ở ẫ ố ủ ứ ở Do đó đ i l ng P m u s  c a công th c [6­tr385] trên là có th ể

ắ ượ ủ ề ậ ư ỏ b  qua. V y chi u dày c a đáy và n p đ c tính nh  sau:

h

< j S . C S =

]

b

D + t 2h D .P t [ 3,8 T K

5 2,4.1.10 6 3,8.211,5.10 .0,89.0,95

. = +  = 0,00077 + C. C 2,4 2.0,55

ạ ượ ậ ổ V y đ i l ng b  sung C khi S ­ C = 0,25mm < 10mm. Do đó ta tăng

ị ượ ớ thêm 2mm so v i giá tr  C tính đ ắ c trên n p tháp.

(cid:0) C = (1,8 + 2) .10­3.

S = 0,00077 + 0,0038 = 0,00457 = 457.10­3 (m).

ậ ự ẩ ượ ả V y d a vào b ng [6­tr384] ta qui chu n đ c sau:

* S = 6mm.

ề * Chi u cao h =25mm.

b = 550mm.

(cid:0) ầ ớ ủ ề Chi u cao ph n l n c a đáy h

ườ ẫ ố ng kính  ng d n.

6. Tính đ ố ệ ẫ ế ị ả ứ a.  ng d n nguyên li u vào thi t b  ph n  ng.

V = 4,569 (m/s)

68

ườ ẫ ượ ứ ị đ ố ng kính  ng d n đ c xác đ nh theo công th c:

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ả

ấ

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

d = .m [6­tr369]. 1 0,785.w

(cid:0) ố ộ Trong đó: : T c đ  trung bình m/s

3/s

ư ượ V: L u l ể ng th  tích m

i = 400 (mm)

ẩ Qui chu n ta có: d

ẫ ả ả ứ ố ẩ b/  ng d n s n ph m ph n  ng

ẩ ổ ồ ả ứ ả s n ph m ph n  ng đ  ra g m:

VC + C2H2dư + N2 + O2 + H2 + HCldư + CH3CHO + CH3CHCl2.

0C.

ệ ộ ỗ ợ ả ẩ Nhi t đ  h n h p s n ph m đi ra là: 120

ư ượ ơ ả ể ẩ Tính l u l ng th  tích h i s n ph m.

ể + Th  tích C ư 2H2d  đi ra:

2 2C H dﾭ

G = 137,374 kg/h.

C H

2 2d ﾭ

= j V y ậ = 0,806 (Kg/m3). 26.373 22,4.393

2 2C H dﾭ

= (cid:0) V = 170,439 (m3/h). 137,374 0,806

d  ư đi ra là:

ể * Th  tích HCl

dﾭHClG

= 862,84.

j = 1,132 (kg/m3). = dﾭHCl 36,5.273 22,4.393

(cid:0) = 762,226 (m3/s). VHCldư = 862,84 1,132

2.

2NG  = 293,747  (kg/h).

ể * Th  tích N

= 0,868 (kg/m3). j = 2N 7644 28.273 = 22,4.393 8803,2

2N

69

= (cid:0) V = 338,412 (m3/s). 293,747 0,868

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ả

ấ

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

2.

2OG  = 0,6209  (kg/h).

ể * Th  tích O

= 0,992 (kg/m3). j = 2O 32.273 22,4.393

2O

= (cid:0) V = 0,626 (m3/s). 0,6209 0,992

2.

2HG  = 14,634  (kg/h).

ể * Th  tích H

= 0,062 (kg/m3). j = 2H 2.273 22,4.393

2H

= (cid:0) V = 236,032 (m3/s). 14,634 0,062

3CHO.

ể * Th  tích CH

3CH CHO

G = 17,23  (kg/h).

j = 1,365 (kg/m3). = 3CH CHO 44.273 22,4.393

3CH CHO

= (cid:0) V = 12,623 (m3/s). 17,23 1,365

3CHCl2..

ể * Th  tích CH

CH CHCl 3

2

G = 46,835  (kg/h).

CH CHCl 3

2

= j = 3,07 (kg/m3). 99.273 22,4.393

CH CHCl 3

2

= (cid:0) V = 15,256 (m3/s). 46,835 3,07

ể * Th  tích VC.

GVC = 14492,754 (kg/h)

70

= 1,938 (m3/s) (cid:0) VC = 62,5.273 22,4.393

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ấ

ả

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

= (cid:0) V   VC = 7478,201 (m3/s). 14492,754 1,938

ủ ỗ ợ ả ư ậ ể ẩ Nh  v y th  tích c a h n h p s n ph m đi ra là:

HCldﾭ

VC

C H dﾭ 2 2

2

2

CH CHO 3

CH CHCl 3

2

+ + + + + + + V V V V = V V R V N V H V O 2

= 170,439+762,226+338,412+0,626+236,032 + 12,623 + 15,256 + 7478,201

= 9013,815 (m3/h)

(cid:0) VR = 2,504 (m3/s).

1 =

V y dậ = 0,461. 2,504 0,785.15

Ta ch n: ọ (cid:0) = 15 (cid:0) /s

1 = 0,4m = 400mm.

Qui chu n dẩ

ọ ặ

7. Ch n m t bích. ọ ể ố ằ ầ Ch n bích liên b ng thép đ  n i các ph n thi ế ị t b .

ậ ướ ố ầ V y ta có kích th c n i các ph n thi ế ị t b .

ả ướ ố ầ B ng 1: Kích th c n i các ph n thi ế ị t b .

ườ đ ng kính Ki uể Kích th ướ ố c n i Py.10­6

N/m2 D tháp Dt Db Di D0

Bulông Z db

71

mm 2400 0,1 mm 2250 2500 2460 2415 H24 56 bích i n mm 35

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ả

ấ

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

D

Db

Di

h

D0

db

Dt

ậ ủ ể ố ề ằ ạ ộ ế ị Bích li n b ng kim lo i đen đ  n i các b  ph n c a thi ố   t b  và  ng

ẫ d n [6­tr409]

ả ướ ố ộ ậ ủ ế ị ẫ B ng 2: Kích th c n i các b  ph n c a thi ố t b  và  ng d n.

ườ đ ng kính Ki uể Kích th ướ ố c n i Py.10­6

N/m2 D tháp Dt Db Di D0

Bulông Z db

mm

D

D1

D1

h

Di

db

Dn

72

mm 400 bích i n mm 22 0,25 426 535 495 465 H20 16

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ả

ấ

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

ỡ 8. Tính chân đ  và tai treo tháp.

ố ượ ọ ượ a. Tính kh i l ng và tr ng l ng tháp.

ầ ụ ­ Ph n hình tr .

ố ượ ụ ượ ỏ ư Kh i l ầ ng v  tháp ph n hình tr  đ c tính nh  sau:

p -

(

2 n

D kg. mt =

) D .H.P 1

2 t

4

ườ ủ ụ ng kính ngoài c a thân hình tr , (m) Trong đó: Dn: đ

ườ ủ ụ ng kính trong c a thân hình tr , (m) Dt: đ

ề ầ ụ H: chi u cao ph n  hình tr , (m)

3.

ố ượ ủ ậ ệ ng riêng c a v t li u làm thân tháp, Kg/m Pt: kh i l

t = 7,85 . 103kg/m3.

ở ớ ậ ệ ậ đây v i v t li u là thép các bon, v y ta có P

t = 2,4 (mm).

ề ầ ườ ế ị Chi u d y thân tháp (cid:0)  = 4mm; đ ng kính thi t b  D

(cid:0) ệ  Doanh nghi p = 2,408 m.

2

2

Do đó ta có:

3 � .4,8.7,85.10 �

- (2,4) = 1168,08 (kg) Mt = � (2,408) � 3,14 4

ư ậ ọ ượ ủ ụ Nh  v y tr ng l ng c a thân hình tr  là:

Pt = mT.g = 1168,08 . 9,81 = 11458,864 (N)

ầ ắ Ph n đáy và n p tháp.

ượ ủ ề ắ Ta tính đ c chi u dày c a đáy và n p tháp là S = 5mm.

ậ ự ố ượ ả ổ V y d a vào b ng [6­tr384] (S  tay hoá công II) ta có kh i l ủ   ng c a

ắ đáy và n p tháp là:

MĐ+N = mĐ + mN = 519 + 519 = 1038 (kg)

ọ ượ ủ ắ Do đó có tr ng l ng c a đáy và n p.

73

PĐ+N = 1038 . 9,81 = 10182,78 (N)

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ả

ấ

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

ố ượ ọ ượ b. Tính kh i l ng và tr ng l ng bích.

ể ố ế ị ớ ố ượ ắ ặ Đ  n i thân thi ầ t b  v i đáy và n p c n 2 c p bích, kh i l ủ   ng c a

ặ ượ ư hai c p bích đ c tính nh  sau:

2)h. Pt = 4.

p [(2,55)2 ­ (0,426)2].0,016 . 7,85.103. mb+Đ+N = 4. (D2 ­ Dn 3,14 4 4

= 57,4 (kg)

ư ậ ổ ố ượ Nh  v y t ng kh i l ng các bích trên toàn tháp là:

Mb = mb+Đ+N + mb. ngố  = 57,4 + 413,04 = 470,44 (kg)

b = 470,44 . 9,81 = 4615,0164 (N)

(cid:0) ượ ủ ọ  Tr ng l ng c a bích là: P

ố ượ ọ ượ ố c. Tính kh i l ng và tr ng l ng  ng trùm.

ố ượ ủ ố ượ ị Kh i l ng c a  ng trùm đ c xác đ nh.

p -

(

D

) D .P.H

2 n

2 t

t

(kg) m ngố  = 4

ườ ủ ố ng kính ngoài c a  ng, (m) Trong đó: Dn: đ

ườ ủ ố ng kính trong c a  ng, (m) Dt: đ

ề ố H: chi u cao  ng, (m)

3.

ố ượ ủ ậ ệ ố ng riêng c a v t li u làm  ng, Kg/m Pt: kh i l

t = 7,850.103 (kg/m3)

2

2

3

ớ ậ ệ V i v t li u thép các bon ta có: P

- w (cid:0) (0,057) m ngố  = � (0,064) � � .4,8.7,85. � 3,14 4

(cid:0) m ngố  = 25,053 (kg)

ố ố ượ ế ị ố S   ng tính đ c trong thi t b  là: 795  ng.

ố

(cid:0) ố ượ ủ ố ộ ế ị Kh i l ng c a  ng chùm trong toàn b  thi t b  là:

= 25,053 . 795 = 19917,135 (N) m ng chùm

ọ

Bây gi ễ ờ  ta có tr ng l ấ ữ ượ ng toàn tháp là: 74 ầ

ế ế

ưở

ả

ấ

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC

ườ

ạ ọ

ộ

ồ

ố

ệ

Tr

ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i

Đ  án t

t nghi p

P = PT + Pb + P ngố  + PĐ+N.

= 11458,864 + 4615,0164 + 19917,135 + 10182,78

= 46173,795 N = 4,6173.104 (N)

ở ự ạ ả ọ đây ta d a vào b ng [6 ­ XIII 3T] ta ch n lo i 4 chân đã có kích

ướ ẽ ư ư ổ th c nh  hình v  nh  sau (trang 437 ­ S  tay hoá công II).

4

ả ọ ề ặ   B  m t T i tr ng cho L B H S L D B1 B2 H

ỡ đ  F.10 ề ặ   phép trên b  m t

6 N/m2

(m2) ỡ đ , T.10

75

32 26 27 40 50 27 12 840 0,96 22 34 0 5 0 0 0 5 0

ữ

ễ

ầ

ấ

ế ế

ưở

ả

ấ

SV: Nguy n H u Tu n ­ Hoá D u ­ K8

Thi

t k  phân x

ng s n xu t VC