zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Luận Văn - Báo Cáo

» Báo cáo khoa học

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

Chia sẻ: Nguyễn Thành Chung | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:124

Báo xấu

107
lượt xem 12
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Từ những tính năng và công dụng của cao su. Vì thế butadien rất cần thiết cho công nghiệp hóa chất để sản xuất ra cao su, nhựa đáp ứng đủ nhu cầu sử dụng trong nước cũng như xuất khẩu. Xuất phát từ thực tế đó mà "Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế phân xưởng sản xuất Butadien" đã được thực hiện.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

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

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xƣởng sản xuất Butadien LỜI CẢM ƠN Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp vừa qua, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cô giáo hƣớng dẫn : PGS. TS Nguyễn Thị Minh Hiền. Ngƣời đã tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Em xin chân thành cảm ơn đến toàn thể các thầy giáo, cô giáo trong bộ môn Công Nghệ Hữu Cơ - Hóa Dầu, Trƣờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội đã trang bị cho em những kiến thức bổ ích trong suốt thời gian học tập nghiên cứu để hoàn thành tốt bản đồ án này. Tuy nhiên, do điều kiện nghiên cứu còn hạn chế, kiến thức còn chƣa sâu, kinh nghiệm chƣa có cùng với thời gian có hạn nên đồ án tốt nghiệp này không tránh khỏi nhiều thiếu sót. Mong các thầy cô giáo, các bạn đồng nghiệp cùng các bạn đọc thông cảm, giúp đỡ em để bản đồ án đƣợc hoàn thiện hơn. Hà Nội, Ngày tháng 6 năm 2003 Sinh Viên Phan Văn Nghĩa SV: Phan Văn Nghĩa 1 Trƣờng ĐHBK Hà Nội
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xƣởng sản xuất Butadien MỞ ĐẦU Butadien 1,3 còn gọi là divinyl, năm 1867 Bepmen đã điều chế bằng cách nhiệt phân hỗn hợp khí etylen (C2H4) và axetylen (C2H2), Lebeder đã trùng hợp divinyl để đƣợc cao su vào năm 1910, phát minh của Lebeder làm cho việc nghiên cứu và áp dụng vào sản xuất divinyl phát triển mạnh. Butadien đƣợc sản xuất từ nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau. Khi mới bắt đầu sản xuất trong giai đoạn chiến tranh thế giới thứ hai, ngƣời ta sử dụng các loại nguyên liệu nhƣ : buten, n-butan, xăng (naphta), etanol, axetylen… Nhƣng hiện nay công nghiệp sản xuất butadien mang lại hiệu quả kinh tế lớn nhất là đi từ n-butan hoặc hỗn hợp butan và buten. Butadien 1,3 có công thức CH2 = CH – CH = CH2 là chất khí không màu, ngƣng tụ thành chất lỏng ở nhiệt độ – 4,3oC (1atm), tạo thành hỗn hợp nổ với không khí trong giới hạn nồng độ 2 - 11,5% thể tích. Butadien 1,3 là monome quan trọng dùng để sản xuất cao su tổng hợp (cao su poli butadien (BR) ), và có khả năng đồng trùng hợp với nhiều monome khác nhƣ Styren (C6H5 – CH = CH2),  - metyl Styren hay acrylonitryl (CH2 = CH – CN), sẽ tạo ra các sản phẩm có giá trị trong thực tiễn nhƣ là cao su acrylonitryl butadien (SDR), cao su butadien – nitril. Phần lớn các cao su này đều có tên gọi chung và đƣợc dùng rộng rãi để chế tạo lốp, và các chi tiết của nghành công nghệ cao su khác. Cao su butadien - nitril có đặc điểm nổi bậc là tính bền cao và sử dụng để sản xuất các chi tiết đặc biệt. Từ những tính năng và công dụng của cao su. Vì thế butadien rất cần thiết cho công nghiệp hoá chất để sản xuất ra cao su, nhựa đáp ứng đủ nhu cầu sử dụng trong nƣớc cũng nhƣ xuất khẩu. Trong phạm vi đồ án này, cần làm những vấn đề sau: - Phần I: Nêu tính chất vật lý và hoá học của butadien. SV: Phan Văn Nghĩa 2 Trƣờng ĐHBK Hà Nội
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xƣởng sản xuất Butadien - Phần II: Tổng quan về quá trình sản xuất butadien. - Phần III: Tính toán công nghệ. - Phần IV: Tính toán kinh tế. - Phần V : Thiết kế xây dựng. - Phần VI: An toàn lao động và bảo vệ môi trƣờng. SV: Phan Văn Nghĩa 3 Trƣờng ĐHBK Hà Nội
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xƣởng sản xuất Butadien PHẦN I. TÍNH CHẤT VẬT LÝ VÀ HÓA HỌC CỦA BUTADIEN I. TÍNH CHẤT VẬT LÝ: Butadien là chất khí không màu ở điều kiện thƣờng. Tính chất vật lý quan trọng nhất đƣợc thống kê ở bảng 2. Bảng 1. Tính chất vật lý của butadien Khối lƣợng phân tử 54,092 Điểm sôi ở 0,1013 MPa - 4,411oC Điểm kết tinh ở 0,1013 MPa - 108,902oC Nhiệt độ tới hạn 152oC áp suất tới hạn 4,32 MPa Tỉ trọng tới hạn 0,245 g/cm3 Tỉ trọng, lỏng, ở OoC 0,6452 g/cm3 ở 15oC 0,6274 g/cm3 ở 20oC 0,6211 g/cm3 ở 25oC 0,6194 g/cm3 Tỉ trọng tƣơng đối khí với không khí (không khí = 1) 1,9 Độ nhớt, lỏng, ở OoC 0,25 MPa ở 40oC 0,20 MPa Entanpi của hơi ở 25oC 20,88 kJ/mol ở - 4,41oC 21,98 kJ/mol Entanpi tạo thành, thể khí, ở 298oK; 0,1013 MPa 110,16 kJ/mol Entanpi tự do tạo thành, thể khí, ở 298oK; 0,1013 150,66 kJ/mol MPa Entanpi đốt cháy, thể khí, ở 298oK; 0,1013 MPa 2541,74 kJ/mol o Entanpi hydro hóa tới butan thể khí, ở 298 K; 0,1013 236,31 kJ/mol MPa Entropi tạo thành, thể khí, ở 298oK; 0,1013 MPa 278,74 J. mol-1.K-1 Entanpi nóng chảy ở 164,2 oK ; 0,1013 MPa 7,988 kJ/mol SV: Phan Văn Nghĩa 4 Trƣờng ĐHBK Hà Nội
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xƣởng sản xuất Butadien Bảng 2. Áp suất hơi của butadien tương ứng với nhiệt độ ToC - 4,413 0 20 40 60 80 100 P, MPa 0,1013 0,1173 0,2351 0,4288 0,7248 1,1505 1,7342 Thông số công nghệ quan trọng để an toàn trong sản xuất là điểm chớp lửa (-85oC), nhiệt độ khơi mào là 415oC, và các giới hạn nổ khi hỗn hợp với không khí và oxy. Bảng 3. Các giới hạn nổ của butadien trong không khí. ở 0,1013 MPa, 20oC ở 0,4904 MPa, 30oC % thể tích g/m3 % thể tích g/m3 Giới hạn dƣới 1,4 31 1,4 150 Giới hạn trên 16,3 365  2,2  2400 Bảng 3 cho ta biết ở điều kiện và áp suất nhất định nếu phần trăm thể tích của butadien trong hỗn hợp với không khí nằm trong khoảng giới hạn dƣới và giới hạn trên thì hỗn hợp sẽ gây nổ, hỗn hợp không ổn định. Bảng 4. Độ hòa tan của butadien trong nước ở 0,1013 MPa và độ hòa tan L của nước trong butadien lỏng. T, oC , m3 / m3 h, g H2O / kg butadien 10 0,29 0,53 20 0,23 0,66 30 0,19 0,52 40 0,16 0,82 Butadien hòa tan kém trong nƣớc, ở bảng 5 butadien hòa tan trong metanol và etanol và tan nhiều trong các dung môi phân cực điểm sôi cao, ví dụ nhƣ metylpyrolidon ( C5H9NO). SV: Phan Văn Nghĩa 5 Trƣờng ĐHBK Hà Nội
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xƣởng sản xuất Butadien Bảng 5. Các hỗn hợp đẳng phí hai thành phần của butadien và các hydrocacbon khác. Điểm sôi, oC Hỗn hợp Butan – butadien 6,5 (0,0933 MPa) 20% thể tích butan Cis-2-buten-1-butyl 1,5 (0,0933 MPa) 20% thể tích 1-butyl Trans-2-buten-1-butyl -1,5 (0,0933 MPa) 9,5% thể tích 1-butyl 1-buten-vinyl axetylen - 9 (0,0933 MPa) 0,7%thể tích Cis-2-buten-vinyl axetylen - 0,2 (0,0933 MPa) vinylaxetilen Trans-1-buten-vinyl - 22 (0,0933 MPa) 33% thể tích axetylen vinylaxetilen Amoniac-butadien - 37 (0,1013 MPa) 25% thể tích Metyl amin-butadien - 9,5 (0,1013 MPa) vinylaxetilen Axetyldehit-butadien 5,53 (0,1013 MPa) 45% trọng lƣợng butadien 58,6% trọng lƣợng butadien 94,8% trọng lƣợng butadien Ở bảng 5 cho ta thấy hỗn hợp đẳng phí, rất quan trọng cho sự chƣng cất của butadien trong hỗn hợp với các hydrocacbon. II/ TÍNH CHẤT HÓA HỌC. Butadien có 2 nối đôi liên hợp có thể tham gia nhiều phản ứng, có thể gắn vào vị trí nối đôi 1,2 và 1,4 (sự trùng hợp) và với nhiều chất phản ứng khác thể dime hóa hoặc trime hóa và vòng hoá . Sự trùng hợp 10: sự trùng hợp gắn vào vị trí nối đôi 1,2 và 1,4 là một phản ứng quan trọng nhất của butadien. SV: Phan Văn Nghĩa 6 Trƣờng ĐHBK Hà Nội
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xƣởng sản xuất Butadien -H2C CH2 - CH2 CH2- \ / \ / C = C C =C / \ / \ H H H H Cis – 1,4 – addition -H2C H H CH2- \ / \ / C = C C =C / \ / \ H CH2 - H2C H Trans - 1,4 - addition CH2 CH2 CH2    CH CH CH H H  H     C  C C C C C      H  H H H H H isotactic - 1,2 - addition CH2 CH2   CH H CH H H  H  H  H   C  C  C  C C  C  C  C   H  CH  H  CH H   H H H CH2 CH2 Syndiotactic - 1,2 - addition SV: Phan Văn Nghĩa 7 Trƣờng ĐHBK Hà Nội
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xƣởng sản xuất Butadien Khi gắn vào vị trí 1,2, polime atactic mà trong đó nhóm vinyl ở vị trí tuỳ ý trong không gian mà có thể còn có nhiều hình thức khác. Những polime tự nhiên có giá trị lớn khi đƣợc chuẩn bị và có xu hƣớng chọn đúng hệ thống xúc tác . Phản ứng thêm vào xa hơn: Phản ứng butadien với dãy các thuốc thử phù hợp để tạo ra cơ chế gắn vào vị trí 1,2 hoặc 1,4. Sản phẩm của việc gắn vào vị trí 1,2 hoặc 1,4 còn phụ thuộc vào điều kiện phản ứng nhƣ nhiệt độ, thời gian phản ứng và dung môi. Sản phẩm thêm vào là một quá trình quan trọng trong việc sản xuất cloruapren, acid adipic, anthraquinon... một ví dụ điển hình về sự thêm vào các điện tử để butadien phản ứng với khí HCl. Sản xuất Cloruapren 126, 99, 8 đòi hỏi phải Clo hóa butadien bằng cách isome hóa và dehydro clo hóa ankan : CH2 = CH - CH = CH2 + Cl2  CH2 - CH - CH = CH2 +   60% Cl Cl isome -HCl Cl - CH2 - CH = CH - CH2 - Clhoá CH2 - CH - CH = CH2 40%   Cl Cl CH2 = C - CH = CH2  Cl Trong đó sản xuất của acid adipic phải phù hợp với sản phẩm BASF. Butadien phản ứng với CO và metanol ở phản ứng bậc 2 dƣới nhiều điều kiện khác nhau. Ở nhiệt độ cao, khoảng 185oC và áp suất thấp este axit penten phản ứng với CO2 và metanol để tạo thành este dimetyl axit adipic. Sau đó thuỷ phân sẽ tạo đƣợc axit adipic. Một phân đoạn C4 thô từ etylen chứa khoảng 44% butadien, có sự thêm vào để tạo thành butan, buten, 1,2-butadien và axetylen-C4, có thể sử dụng để làm nguyên liệu ban đầu. SV: Phan Văn Nghĩa 8 Trƣờng ĐHBK Hà Nội
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xƣởng sản xuất Butadien + CO, + CH3OH CH2 = CH - CH = CH2 CH3CH = CHCH3 - COOCH3 + CO, + CH3OH H3COOC - CH2 CH2 CH2 CH2 - COOCH3 BASF có kế hoạch xây dựng một nhà máy sản xuất 60000 Ha ở Ludwigshafen. Hydro formyl hóa butadien để nhận đƣợc andehyt valeric 11 . Trong sự sản xuất hexanmetylendiamin 12 : phản ứng xyanua hydro với butadien ở phản ứng bậc 2 và hợp chết adiponitril đƣợc hydro hóa để tạo thành dimamin . Quá trình chung về sự phát triển của sự sản xuất 1,4 butadiol từ butadien : trong quá trình bậc 3 của Mitsubishi phản ứng butadien có xúc tác với axit axetic để nhận đƣợc 1,4 - diaxeton - 2 - buten, mà nếu hydro hóa ngƣợc lại sẽ đƣợc 1,4 - diaxeton butan và thuỷ phân sẽ đƣợc 1,4 - butadiol . CH2 = CH - CH = CH2 + 2CH3COOH + 1/2O2 H3CCOO - CH2 - CH = CH - CH2 - OOCCH3 + H2O Phƣơng pháp Toyo Soda về sự chuẩn bị của 1,4 - butadiol giải quyết về sản phẩm của phản ứng butadien với clo 1 - 4 diclo - 2 - buten và 1,2 - diclo - 3 - buten với axetat natri để nhận đƣợc đầu tiên là 1,4 diaxeton - 2 - buten và sau đó hydro hóa trực tiếp để đƣợc 1,4 - butadiol . Với phát minh của hãng Shell, butadien có thể xử lý với 1 peroxit để nhận diperoxit - buten mà hydro hóa để chuyển hóa thành 1,4 butadiol, 1,4 butadiol là sản phẩm ban đầu trong quá trình tổng hợp tetra hydro furan mà có thể còn là hợp chất từ 1,2 - epoxy - 3 - buten (Chevron). Epoxit sẽ đƣợc điều chế lại từ sự xử lý butadien với 1 peroxit. O H SV: Phan Văn Nghĩa 9 2 Trƣờng ĐHBK Hà Nội O O
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xƣởng sản xuất Butadien CH2 = CH - CH - CH2 Sự dime hóa và trime hóa : butadien đƣợc dime hoặc trime với sự có mặt của xúc tác Ni, Co, Pd, hoặc Fe... Từ khi oligome butadien khác với từ một số chất khác bởi chiều dài của 4 nguyên tử cacbon sự tách rời của những oligome thì dễ dàng hơn oligme etylen. Kết quả dime hóa sẽ nhận đƣợc 1,3,7 - octatrien và 1,3,6 - octatrien, tuy nhiên công nghệ không thích ứng. Những hydrocacbon mạch vòng xylen và etyl - benzen có thể đƣợc điều chế từ sự dehydro vòng hóa thành 1,3,7 - octatrien. Nếu dime hóa đƣợc thực hiện dƣới điều kiện hydro hóa 1,7 - octadien có 2 nối đôi và còn 1,6 - octadien. CH2 = CH - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH = CH2 (1,7 - octadien) CH2 = CH - CH2 - CH2 - CH2 - CH = CH - CH2 (1,6 - octadien) 1,7 - octadien đƣợc chuyển hóa thành 1 C10 - diol trên sự hydro formyl hoặc thành 1 C10 - diamin khi đƣợc xử lý bằng cyanide hydro và hydro . Việc sản xuất 1 - octen đƣợc sử dụng nhƣ là 1 copolymer trong việc tổng hợp chất lƣợng cao, độ dày đặc thấp của polyetylen, có thể cho một vài công nghệ quan trọng. Dime hóa butadien và phản ứng đồng thời với CO và chì alcol để tổng hợp axit pelargonic : 2CH2 = CH - CH = CH2 + CO + ROH H2 CH2 = CH - CH2CH2CH2CH = CH - CH2COOR SV: Phan Văn Nghĩa 10 Trƣờng ĐHBK Hà Nội
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xƣởng sản xuất Butadien CH3 (CH2)7 COOH2 Axit pelargonic là một nguyên liệu ban đầu trong việc sản xuất dầu nhờn. Cyclo hóa, phản ứng Diels - Alder : phản ứng Diels - Alder là một trong những phản ứng đƣợc biết nhiều nhất về butadien. Thƣờng thƣờng, một dienophile, một olefin với một nối đôi hoạt hóa phản ứng với butadien nhƣ một vòng cyclo hexan. Việc thêm phản ứng này mà đặc biệt vào vị trí 1,4 có thể còn là nơi kết hợp với 1 phân tử thứ 2 của butadien nhƣ hợp chất dienophine, sẽ tạo thành H - vinyl cyclo hexan 100 - 40 - 3 . CH2 CH = CH2 // / CH = CH2 HC + CH   HC CH2 \\ CH2 Phản ứng có thể có hoặc không có xúc tác. Vinyl clorua hexan đƣợc dehydro hóa hoặc oxi hóa để tạo thành etylen . Hai phân tử butadien có thể dime hóa tạo thành 1,5 - cyclo octadien và 3 phân tử butadien có thể tạo thành 1,5,9 - cyclo dodecatrien . 1,5 - cyclo octadien Trong sự tổng hợp anthraquinone, butadien dƣới điều kiện phản ứng Diels - Alder với naphthaquinone để tạo thành tetra hydro anthraquinone và quá trình oxy hóa để tạo thành anthraquinone . Butadien, trải qua việc gắn vào vị trí 1,4 - chất phụ thuộc gia với SO2 để tạo thành một cyclo sunfua, 2,5 - dihydrothiofin - 1,1 - dioxit. Hợp chất này sẽ chuyển hóa thành sulffolan . SV: Phan Văn Nghĩa 11 Trƣờng ĐHBK Hà Nội
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xƣởng sản xuất Butadien 2,5 - dihydrothiofin - 1,1 - dioxit SO2 sulfolan SO2 Sự tạo thành hợp chất phức: phản ứng butadien với nhiều hợp chất kim loại để tạo thành phức, ví dụ: với muối Cu (I), đƣợc sử dụng trong việc tách butadien từ C4 - hydrocacbon trộn lẫn. Tuy nhiên phƣơng pháp này đã không phù hợp với điều kiện công nghệ hiện đại . SV: Phan Văn Nghĩa 12 Trƣờng ĐHBK Hà Nội
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xƣởng sản xuất Butadien PHẦN II: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT BUTADIEN CHƢƠNG I : CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VÀ CÁC HỢP CHẤT XÚC TÁC I/ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT Butadien không tồn tại trong tự nhiên. Tuy nhiên, nó có mặt với số lƣợng khác nhau trong các sản phẩm từ các quá trình xăng, dầu nhiệt độ cao nhƣ trích dẫn ở bảng sau : Bảng 7: Hàm lượng butadien trong phân đoạn C4 Nguồn gốc phân đoạn C4 Hàm lƣợng % butadien Cracking xúc tác + Cặn cốc áp suất thấp 1-3 + Cracking nhiệt, nhiệt độ cao 25 - 40 Dehydro hóa xúc tác: + Của butan 10 - 14 + Của buten 20 - 40 Dòng chảy trích ly từ butadien 0,2 - 1,0 Nếu số lƣợng và nồng độ butadien trong các phân đoạn C4 từ các quá trình trên lớn thì thu hồi đƣợc . Quá trình thu hồi butadien từ phân đoạn C4 này đƣợc mô tả ở phần sau. Tuy nhiên nồng độ và số lƣợng quá thấp thì không vận dụng vào các bƣớc thu hồi này. Cặn butadien thì không ảnh hƣởng trong các sản phẩm có ích hoặc quá trình tiếp theo (ví dụ nhƣ xăng pha trộn hoặc các sản phẩm khí hóa lỏng). Nhƣng nó lại có hại cho các quá trình nhƣ polyme hóa và alkyl hóa, vì sự có mặt của butadien trong nguyên liệu sẽ xảy ra các phản ứng phụ không mong muốn. Mô hình phát triển bao gồm quá trình xử lý phân đoạn butylen chứa 0,5 - 5% butadien ở 30 - 60%, 16 atm và vận tốc không gian 10kg nguyên SV: Phan Văn Nghĩa 13 Trƣờng ĐHBK Hà Nội
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xƣởng sản xuất Butadien liệu/ hàm lƣợng chất xúc tác. Các dòng chảy chứa ít hơn 0,2% butadien. Sự tăng butan đƣợc đặt ra ở mức độ trong khoảng 1 - 2%. Điều đáng chú ý trong báo cáo này là việc sử dụng "buten" bao gồm các mono không bão hòa làm C4 mạch thẳng, buten-1, buten-2, để loại bỏ metyl propen (iso butylen). Quá trình sử dụng "buten" bao gồm  - butylen (1 - buten),  - butylen (2- buten) và cũng nhƣ iso bytylen. Các nguồn nguyên liệu đƣợc sử dụng để sản xuất butadien . - Buten  butadien - n - butan  buten  butadien - Xăng  olefin, diolefin  butadien - Etanol  butadien - Axetylen  axetaldehit  axetanol  butylen glycol  butadien - Axetylen  axetaldehit  etanol  butadien Điều chế butadien ngày nay đi từ dehydro hóa xúc tác của n-butan hoặc buten hoặc từ quá trình cracking nhiệt độ cao của quá trình chƣng cất xăng. Tất cả các quá trình này đều thu nhiệt lớn, yêu cầu nhiệt độ quá trình trên 1000oF và áp suất riêng phần hydrocacbon thấp. Quá trình có thể đƣợc sử dụng xúc tác . 1. Clo hóa buten. Các phản ứng trong quá trình này nhƣ sau : CH2 = CH - CH2 - CH3 + Cl2  CH2Cl - CHCl - CH2 - CH3 CH3 - CH = CH - CH3 + Cl2  CH3 - CHCl - CHCl - CH3 CH3 - CHCl - CHCl - CH3  CH2 = CH - CH = CH2 + 2HCl CH2Cl - CHCl - CH2- CH3 Trong chiến tranh thế giới thứ II, có một vài nhà máy ở Mỹ làm việc áp dụng quá trình này. Tuy nhiên phƣơng pháp này không đƣợc ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp. SV: Phan Văn Nghĩa 14 Trƣờng ĐHBK Hà Nội
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xƣởng sản xuất Butadien 2. Sản xuât từ etyl alcol Trong thế chiến thứ II, khi nhu cầu sử dụng butadien rất lớn, quá trình sản xuất butadien từ alcol đƣợc sử dụng rộng rãi, nhƣng chỉ mang tính chất tạm thời, nguyên liệu alcol nhận đƣợc từ nguồn lên men. Hai công nghệ khác của quá trình dùng để chuyển hóa etylalcol thành butadien, một trong các quá trình này gọi là quá trình Lebedev. Điểm yếu của công nghệ này là không có sự tuần hoàn lại nguyên liệu để chuyển hóa trực tiếp vì xúc tác chứa oxit kim loại có khả năng ảnh hƣởng trực tiếp tới phản ứng dehydro hoá và hydrat hóa 2 C2H5OH  CH2 = CH - CH = CH2 + H2 + H2O . Tuy nhiên sự tuần hoàn một lƣợng nhỏ các sản phẩm không phải butadien có thể quay trở lại để tăng hiệu suất butadien. Thành phần xúc tác đã đƣợc nghiên cứu bao gồm hỗn hợp Al2O3 - ZnO và MgO = CoO . Hiệu suất butadien tƣơng ứng tới khoảng 60% theo lý thuyết trong các báo cáo. thiết kế, xây dựng nhà máy cải tiến dựa trên cơ sở của quá trình Lebedev ở Mỹ nhƣng không đƣợc ứng dụng rộng rãi trong sản xuất công nghiệp. Các quá trình chuyển hóa alcol khác bắt nguồn từ Ostromiss lauski. Trong phƣơng thức cải tiến, nó đƣợc sử dụng rộng rãi ở Mỹ suốt thời gian chiến tranh thế giới thứ II cũng nhƣ ngay sau giai đoạn chiến tranh. Quá trình này sử dụng nguồn nguyên liệu cơ bản là hỗn hợp axetaldehit và etyl alcol sản phẩm tạo ra bằng cách hydro hóa. Sau đó qua các xúc tác chứa đồng với số lƣợng nhỏ silicagen của tanta oxit. Sự cải tiến xúc tác mang lại hiệu quả cho sự biến đổi hỗn hợp axetaldehit - etyl alcol. Các sản phẩm từ cả hai quá trình, bên cạnh butadien còn có các hợp chất oxy hóa, các hydrocacbon khác nhƣ : Crotoaldehit CH3 - CH = CH - CHO sản phẩm của sự ngƣng tụ, các phản ứng dehydrat của axetaldehit xuất hiện ở bƣớc trung gian trong chuỗi các phản ứng dehydrat bao gồm trong cả hai quá trình. Hợp chất trung gian này biến đổi thành butadien bằng sự trao SV: Phan Văn Nghĩa 15 Trƣờng ĐHBK Hà Nội
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xƣởng sản xuất Butadien đổi hydro với etyl alcol cho phép bằng quá trình dehydrat, đồng thời tạo thành axetaldehit . CH3 - CH = CH - CHO + CH3 - CH2 OH  CH3 - CHO + CH3 - CH = CH - CH2OH CH3 - CH = CH - CH2OH  CH2 = CH - CH = CH2 + H2O Sản xuất từ axetaldehit bằng quá trình ngƣng tự aldol. Ở châu Âu quá trình này dựa trên lƣợng lớn axetaldehit phân phối từ các quá trình hydrat axetylen và đƣợc sử dụng rộng rãi. Ở Mỹ, thiết kế xây dựng nhà máy sản xuất axetaldehit từ các quá trình oxy hoá của propan và butan nhƣng không đƣợc ứng dụng rộng rãi trong sản xuất công nghiệp. Quá trình bắt đầu từ axetaldehit, chủ yếu gồm 3 bƣớc chính sau : xt 2CH3CHO CH3 - CHOH - CH2 - CH2 OH 300 atm CH3 - CHOH - CH2 - CHO + H2 CH3 - CHOH - CH2 - 100 - 150oC CH2OH o CH3 - CHOH - CH2 - CH2OH 400 C H2O + CH2 = CH - CH = CH2 3) Sản xuất từ axetylen ( C2H2) : a. Trùng hợp thành vinylaxetylen rồi hydro hóa HC  CH + HC  CH CH2 = CH – C  CH H2 CH2 = CH – CH = CH2 b. Cộng HOH qua axetaldehit, qua aldol, qua butylen glycol, rồi thành butadien. +KOH HC  CH +HOH CH3CHO CH3 – CHOH – CH2 – CHO SV: Phan Văn Nghĩa 16 Trƣờng ĐHBK Hà Nội
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xƣởng sản xuất Butadien CH3 – CHOH – CH2 – CH2OH CH2 = CH – CH = CH2 c. Sản xuất từ axetylen và formaldehit Tổng hợp butadien theo con đƣờng này đƣợc phát triển ở Đức sớm hơn suốt chiến tranh thế giới thứ II và đƣợc sử dụng rộng rãi nhƣng chúng không bao giờ đƣợc coi là dây chuyền cho sự vận hành ứng dụng công nghệ ở Mỹ. Các phản ứng bao gồm nhƣ sau : 2CH2O + HC  CH  HO - CH2  C - CH2 - OH HO - CH2  C - CH2 - OH + 2H2  HO - CH2 - CH2 - CH2 - OH CH2 - CH2 | | HO - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - OH H2O + CH2 - CH2 O  CH2 = CH - CH = CH2 + H2O Toàn bộ hiệu suất dựa trên tiêu thụ axtylen khoảng 70%. Quá trình có thể đƣợc ứng dụng kinh tế chỉ ở đâu axtylen cực kỳ rẻ. Hiệu suất butadien tốt có thể cũng đƣợc bằng cách xử lý nhiệt của diaxetat este cho đến glycol. 2.3. butadiol, nó có thể đƣợc tạo ra bằng quá trình lên men. Quá trình này không đƣợc ứng dụng trong công nghiệp. 4. Cracking nhiệt Số lƣợng butadien có thể đƣợc sản xuất bằng cách nhiệt phân các phân đoạn xăng nhiệt độ cao. Các nguyên liệu thích hợp cho các quá trình cracking nhiệt này là naphta (điểm sôi cuối lên tới 400 - 500oF) cho tới gasoil nhẹ (điểm sôi cuối lên tới 800oF) đặc biệt khi chế độ làm việc có tuần hoàn trở lại trong lò nung dạng ống. Gần đây các công nghệ phát triển dựa trên các thiết bị tầng sôi, chế độ làm việc phù hợp với các nguyên liệu nặng hơn nhƣ dầu thô hoặc các phân đoạn dầu thô nặng. Để đạt hiệu suất tối ƣu butadien nhƣ các olefin và diolefin nhẹ khác (etylen, propylen, butylen, isopen)... phản ứng cracking phải thực hiện ở nhiệt SV: Phan Văn Nghĩa 17 Trƣờng ĐHBK Hà Nội
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xƣởng sản xuất Butadien độ cao trên 1300oF, với thời gian lƣu ngắn, và áp suất riêng phần hydrocacbon thấp. Thƣờng cracking lò ống đƣa ra ở áp suất khí quyển hoặc trên áp suất khí quyển một ít. Và hơi đƣợc sử dụng để giảm áp suất riêng phần hydrocacbon. Mục đích khác của sự pha loãng hơi là để hạn chế các kết tủa cacbon trên đƣờng ống ở chế độ làm việc bình thƣờng. Phụ thuộc vào nguyên liệu sử dụng và sự chuyển hóa của quá trình làm việc, hiệu suất butadien chỉ đạt khoảng 30% trọng lƣợng nguyên liệu. Trong khoảng sôi của naphta, nguyên liệu naphtenic cho hiệu suất butadien cao hơn nguyên liệu parafinic. Yêu cầu thành phần phân đoạn C4 từ quá trình làm việc cracking áp suất thấp cho ở bảng 8 nhƣ sau: Bảng 8: Thành phần phân đoạn C4 cracking hơi Thành phần % trọng lƣợng n – butan 1,3 iso – butan 0,3 1 – buten 16,5 2 – buten 10,0 iso – buten 34,2 1,3 – butadien 37,7 5. Điều chế butadien 1.3 từ butan và butylen . Phản ứng khử hydro của butan và butylen thành butadien là phản ứng khử hydro điển hình của parafin và olefin. - H2 CH3 - CH2 - CH2 - CH3 CH3 - CH2 - CH = CH2 - H2 CH2 = CH - CH = CH2 Phản ứng khử hydro là phản ứng thu nhiệt. Vì vậy cần phải tiến hành ở nhiệt độ tƣơng đối cao 500 - 600oC trong pha khí, trong quá trình phản ứng thể tích khí sẽ tăng do đó mức độ chuyển hóa tăng khi dùng áp suất nhỏ. Vì SV: Phan Văn Nghĩa 18 Trƣờng ĐHBK Hà Nội
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xƣởng sản xuất Butadien vậy phản ứng tiến hành dƣới áp suất thƣờng hay trong một số trƣờng hợp dùng áp suất chân không. Hình 1. Cho thấy sự phụ thuộc mức độ chuyển hóa butylen-t thành butadien vào áp suất chung của các cấu tử ở 360oK. Để tránh dùng chân không ngƣời ta pha loãng hỗn hợp khí bằng khí trơ hay hơi nƣớc làm giảm áp suất riêng phần của các cấu tử, tăng mức độ chuyển hóa. Mặt khác, áp suất riêng phần của các cấu tử giảm cho phép hạ thấp nhiệt độ phản ứng, giảm sản phẩm phụ. Năng lƣợng hoạt hóa khử hydro butan thành butylen là 40 - 44 kcalo/mol, khử hydro butylen thành butadien là 25 - 30 Kcalo/mol. % 75 Hình 1. Sự phụ thuộc của mức độ cân bằng chuyển hóa butylen 50 thành butadien vào áp suất chung ở 360oK. 25 0 0,25 0,5 0,75 1 at Sản phẩm của phản ứng khử hydro thƣờng là hỗn hợp do kết quả của các phản ứng nối tiếp và song song khi khử hydro butan đƣợc hỗn hợp buten- 1 và buten-2 (ở 2 dạng cis và trans) : CH2 = CH - CH2 - CH3 CH3 - CH2 - CH2 - CH3 CH3 CH3 CH3 H \ / \ / C = C và C =C / \ / \ H H H CH3 SV: Phan Văn Nghĩa 19 Trƣờng ĐHBK Hà Nội
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xƣởng sản xuất Butadien Sau đó tiếp tục khử hydro để đƣợc butadien : - H2 CH2 = CH - CH2 - CH3 CH2 = CH - CH = CH2 - Ho - Ho CH3 - CH = CH - CH3 CH3 - CH ... CH ... CH2] CH2 = CH - CH = CH2 Sản phẩm phụ thƣờng tạo thành do kết quả của phản ứng cracking: + H2 C3H8 CH4 + C3H6 CH4 + C2H4 C4H10 C2H4 + C2H6 Hay trùng hợp rồi Cracking C2H6 + C6H12 + H2 2C4H8  C8H16 C3H6 + C5H12 v.v... Phản ứng cracking sâu còn đƣa đến tạo thành muội than bao phủ bề mặt xúc tác: C4H10  C + C2H6 + CH4 C4H10  2C + 2CH4 + H2 Một lƣợng đáng kể sản phẩm phụ tạo thành do phản ứng đồng phân hóa : CH3 - CH2 - CH2 - CH3 (CH3)2CH - CH3 CH3 - CH2 - CH = CH2 (CH3)2CH = CH2 SV: Phan Văn Nghĩa 20 Trƣờng ĐHBK Hà Nội

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.26: Bộ 320 Luận Văn Thạc Sĩ Y Học

320 tài liệu

1253 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.