Thiết kế phân xưởng sản xuất nitrobenzen năng suất 45000 tấn/năm: Đồ án tốt nghiệp

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian nhận nhiệm làm đồ án tốt nghịêp , từ sự nổ lực làm việc

của bản thân , cùng với sự giúp đở tận tình của thầy giáo GS.TS Đào Văn

Tƣờng, em đã hoàn thành bản đồ án đúng thời gian quy định.

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo GS.TS Đào Văn Tƣờng, cùng các

thầy cô giáo trong bộ môn Hữu Cơ -Hoá Dầu đã tạo điều kiện giúp đỡ em

trong suốt thời gian học tập và làm đố án vừa qua .

MỤC LỤC   

LỜI NÓI ĐẦU PHẦN I : TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT ................................................. 1 Chƣơng I :TÍNH CHẤT CỦA NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM. .............. 2 I. Tính chất của nguyên liệu .................................................................... 2 A. Tính chất của benzen ......................................................................... 2 1. Cấu tạo của vòng benzen ......................................................... 2 2. Tính chất vật lý của benzen ..................................................... 3 3. Tính chất hóa học của benzen .................................................. 3 B. Tính chất của axit nitric ...................................................................... 5

1. Tính chất vật lý của axit nitrric ................................................. 6 . 2. Tính chất hóa học của axit nitrric ............................................. 7 C. Tính chất của axit sulfuric .................................................................. 8 1. Tính chất vật lý của axit sulfuric .............................................. 9 2. Tính chất hóa học của axit sulfuric .......................................... 9 D. Tính chất của Na2CO3 ...................................................................... 10 1. Tính chất vật lý của Na2CO3 ................................................... 10 2. Tính chất hóa học của Na2CO3 ............................................... 11 II. Tính chất của sản phẩm .................................................................... 11 1. Tính chất vật lý của nitrobenzen ............................................ 11 2. Tính chất hóa học của nitrobenzen ........................................ 13. 3. Ứng dụng của nitrobenzene .................................................... 14 Chƣơng II : CÁC PHƢƠNG PHÁP SẢN XUẤT NITROBENZEN .......... 15 1. Nitro hóa bằng axit HNO3 ................................................................ 15 2. Nitro hóa bằng axit HNO3 + H2SO4 .................................................. 15 3. Nitro hóa bằng muối của HNO3 ........................................................ 16 4. Nitro hóa bằng khi có thêm HCH3COO hay alhydric-axetic ............. 16 5. Nitro hóa bằng phƣơng pháp thế các nhóm sulfo, amino, diazo…bằng nhóm NO2 ........................................................................................ 17 6. Nitro hóa bằng oxit nitơ ................................................................... 17 7. Nitro hóa bằng oxit nitơ có mặt H2SO4 ............................................. 19 8. Nitro hóa bằng HNO3 với sự tách nƣớc phản ứng............................. 19 Chƣơng III : SẢN XUẤT NITROBENZEN TRONG CÔNG NGHIỆP ..... 21 I. Quá trình nitro hóa .............................................................................. 21 II. Lý thuyết chung .................................................................................. 23 1. Bản chất tác nhân nitro hóa .............................................................. 23 2. Cơ chế phản ứng nitro hóa bằng hỗn hợp H2SO4 + HNO3 ............... 25 3. Động học phản ứng quá trình nitro hóa bằng hỗn hợp HNO3 + H2SO4 . .............................................................................................................. 28 4.Qúa trình phụ khi nitro hóa ................................................................ 30 5.Những yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình nitro hóa ............................... 31 aẢnh hƣởng của lƣợng HNO3 .......................................................................................... 31

bẢnh hƣởng của nồng độ axít H2SO4 ................................................ 31 c.Ảnh hƣỏng của nhiệt độ ntrro hoa .................................................... 32 dẢnh hƣởng của nhóm thế len quá trình ntrro hoá của hợp chất đã thế rồi .................................................................................................... 33 e. Ảnh hƣởng của sự khoấy trộn và làm lạnh đến quá trình nitro hoá. .............................................................................................................. 34 III. Kỹ thuật sản xuất quá trình nitro hóa ................................................ 34 1. Thiết bị nitro hóa ............................................................................. 34 2. Chuẩn bị hỗn hợp nitro hóa ............................................................. 37 3. Sản xuất những hợp chất nitro ......................................................... 40 IV.Sản xuất nitrobenzen ......................................................................... 41 1. Sơ đồ sản xuất nitrobenzen bằng phƣơng pháp liên tục hai bậc ........ 42 2. Sơ đồ nitro hóa benzen theo Katter ................................................... 43 3. Sơ đồ sản xuất nitrobenzen của Nga ................................................. 44 4. Sơ đồ sản xuất nitrobenzen theo phƣơng pháp liên tục .................... 45 5. Sơ đồ sản xuất nitrobenzen theo phƣơng pháp gián đoạn ..... PHẦN II : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ............................................................................. A.Tính cân bằng vật chất và cân bằng nhiệt lƣợng ....................................... I. Giai đoạn nitro hoá .................................................................................. 1. Lƣợng vật chất đi vào thiết bị notro hoá ............................................... 2. Lƣợng vật chất đi ra khỏi thiết bị nitro hoá ........................................... II. Giai đoạn lắng ........................................................................................ 1. Lƣợng vật chất đi vào thiết bị lắng ....................................................... 2. Lƣợng vật chất đi ra khỏi thiết bị lắngù ................................................ II. Giai đoạn trung hoà ................................................................................. 1. Lƣợng vật chất đi vàảtung hoà .............................................................. 2. Lƣợng vật chất đi ra khỏảtung hoà ....................................................... II. Giai đoạn rửa........................................................................................... 1. Lƣợng vật chất đi vào thiết bị rửa .......................................................... 2. Lƣợng vật chất đi ra khỏi thiết bị rửa ..................................................... B. Tính cân bằng nhiệt lƣợng ...................................................................... 1. Tính cân bằng nhiệt lƣợng cho thiết bị nitro hoá.................................... 1. Tính cân bằng nhiệt lƣợng cho thiết bị làm lạnh .................................... Chƣơng II. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH .............................................. 1. Tính đƣờng kính và chiều cao thiết bị nitro hoá .................................... 2. Tính bề dày thân thiết bị nitro hoá ....................................................... 3. Tính bề dày của đáy và nắp thiết bị nitro hoá ...................................... 4. Tính chọn chân đỡ cho thiết bị nitro hoá ............................................. 5. Tính chọn bơm trong day chuyền sản xuất .......................................... 6. Tính chọn máy nén .............................................................................. PHẦN III . THIẾT KẾ XÂY DỰNG .......................................................... I.Xác định địa điểm xây dựng ..................................................................... 1. Nhiệm vụ và yêu cầu ............................................................................ 2. Cơ sở để xác định địa điểm xây dựng ...................................................

3. Chọn địa điểm xây dựng ....................................................................... 4. Tổng mặt bằng nhà máy ....................................................................... 5. Tổng hợp các chỉ tiêu cơ bản trong xây dựng nhà máy ......................... II. Thiết kế tổng mặt bằng nhà máy ............................................................. 1. Nhiệm vụ ............................................................................................. 2. Các yêu cầu khi thiết kế tổng mặt bằng nhà máy ................................. 3. Những giải pháp khi thiết kế tổng mặt bằng nhà máy .......................... 4. Mặt bằng nhà máy ............................................................................... PHẦN IV . TÍNH TOÁN KINH TẾ ......................................................... I. Mục đích .................................................................................................. II. Nội dung tính toán ................................................................................... 1. Tính chi phí vốn cố định ...................................................................... 2. Tính chi phí vốn lƣu động ................................................................... 3. Tính khấu hao ...................................................................................... 4. Tính giá thành sản phẩm ...................................................................... 5. Tính lợi nhuận của nhà máy trong một năm ........................................ 6. Tính thời gian thu hồi vốn ................................................................... PHẦN V. AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ VỆ SINH MÔI TRƢỜNG ............ I. An toàn lao động ...................................................................................... 1. Yêu cầu về phòng cháy chữa cháy ....................................................... 2. Trang bị phòng hộ lao động ................................................................. II. Vệ sinh môi trƣờng ................................................................................ 1. Xử lý khí thải ...................................................................................... 2. Xử lý nƣớc thải ................................................................................... KẾT LUẬN ................................................................................................ TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................

LỜI NÓI ĐẦU

 

Từ trƣớc đến nay trong hệ thống các ngành công nghiệp ,thì ngành công nghiệp hoá học chiếm một vị trí khá quan trọng trong nền kinh tế quốc dân Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học ,ngành công ngh9ệp hoá chất , đặt biệt là ngành tổng hợp hữu cơ ngày càng hoàn thiện về mặt kỹ thuật ,các sản phẩm hoá học ngày càng cao về mặt số lƣợng ,chất lƣợng cũng nhƣ về mặt thể loại ,nhằm phục vụ cho nhu cầu cuộc sống và sinh hoạt của con ngƣời . Nitrobenzen là hợp chất trung gian điễn hình , có rất nhiều ứng dụng trong cuộc sống , chủ yếu để dùng làm các hợp chất nhƣ : anilin , benzidin, dintrobenzen , thuốc nhộm ,làm xúc tiến quá trình lƣu hoá cao su,...Ngoài ra

Việc sản xuất nitrobenzen là có vị trí quang trọng .Cho nên việc nắm

còn dùng làm dung môi chọn lọc để tinh chế đầu mỏ , dùng trong y dƣợc và dùng làm thuốc nổ ,.... Nitrobenzen ngày nay đƣợc sản xuất theo nhiều phƣơng pháp khác nhau .Tuy nhiên quá trình nitro hoá với tác nhân nitro hoá là hổn hợp axit sufuric và axit nitric là đƣợc phát hiện sớm nhất .Nitro hoá benzen đƣợc phát hiện đầu tiên vào năm 1834 và đƣợc đƣa vào sản xuất với qui mô công nghiệp vào năm 1847 đến nay. Nguyên liệu chủ yếu là benzen , còn tác nhân nitro hóa thì có nhiều loại nhƣ: axit nitric, muối nitrat , hổn hợp axit , oxit nitơ,....Nhƣng trong công nghiệp ngày nay chủ yếu sử dụng tác nhân nitro hoá là hổn hợp axit nitric và axit sunfuric , sau đó dùng dung dịch natricacbonat để trung hoà hết lƣợng axit còn trong sản phẩm , cuối cùng là dung nƣớc sạch để rửa lại. vững cơ chế quá trình , lựa chọn sơ đồ công nghệ ,các điều kiện công nghệ, địa điểm xây dựng , cũng nhƣ tính hiệu quả kinh tế ,... luôn là yêu cầu quang trọng và rất cần thiết của nhà thiết kế công nghệ , nhằm đƣa ra sản phẩm tốt nhất và kinh tế nhất.

Phần I

TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT

Chƣơng I: TÍNH CHẤT CỦA NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM.

A. TÍNH CHẤT CỦA NGUYÊN LIỆU.

I.Tính chất của benzen [ 3 – 120 ]:

Benzen có công thức hóa học là C6H6 . Benzen là một hydrocacbon thơm ở trạng thái lỏng, không màu, linh động, có chiết suất cao, có mùi thơm đặc biệt. Benzen không tan trong nƣớc, nhƣng tan trong rƣợu, ete, dầu hỏa. Benzen hòa tan đƣợc nhiều chất nhựa, mỡ, lƣu huỳnh và nhiều chất khác không tan trong nƣớc. Do đó benzen là một dung môi rất thông dụng. Benzen là nguồn nguyên liệu quan trọng trong công nghiệp phẩm nhuộm anilin, dƣợc

phẩm, trong việc sản xuất chất phụ để nâng cao chỉ số octan đối với nhiên liệu động cơ ôtô và máy bay.Năm 1825 Faraday là ngƣời tìm ra benzen . Benzen đƣợc tách từ chất lỏng ngƣng tụ bằng cách nén khí dầu mỏ.Năm 1845 A.W.Hofman thu đƣợc benzen từ dầu nhẹ trong nhựa than.

1.Cấu tạo của vòng benzen [ 2 – 12 ]:

Theo quan điểm cổ điển: phân tƣ ûbenzen có cấu tạo mạch vòng khép kín. Nhiều tác giả đã đề nghị các công thức cấu tạo của vòng benzen, trong đó có công thức Kekule đƣợc sử dụng nhiều hơn cả. Mặc dù vậy, công thức Kekule không phản ánh đƣợc đầy đủ các tính chất của benzen.

Theo quan điểm hiện đại: Benzen có cấu tạo vòng 6 cạnh phẳng. Các nguyên tử cacbon trong vòng đều ở trạng thái lai hóa sp2 . Mỗi nguyên tử cacbon còn một electron p chƣa lai hóa. Sáu electron p của 6 nguyên tử cacbon không xen phủ đều cả hai bên tạo ra đám mây electron p phân bố đều trên cả 6 nguyên tử cacbon của vòng và đƣợc biểu diễn bằng công thức sau:

Các góc hóa trị đều bằng 1200 .

C C

C C H C

Độ dài kiên kết C – C có giá trị trung gian giữa liên kết đơn C – C và liên kết đôi C = C

C C C C C C 1,54 A0 1,40 A0 1,34 A0

Chúng ta dễ dàng nhận thấy rằng do các electron p xen phủ khép kín nên các liên kết C – C của vòng không mang tính chất của một liên kết đôi C = C. Phân tử benzen có mật độ electron p phân bố đều, phân tử hoàn toàn đối xứng, bền, vì thế mà khó cộng hợp, khó oxi hóa. Nó chỉ dễ phá vỡ cấu trúc bền của vòng.

2.Tính chất vật lý của benzen [ 10 ]:

Dƣới đây là các thông số vật lý của benzen:

Điểm nóng chảy 5,5330C

80,10C 879 kg/m3 0,649.10-3 N.s/m2 29.10-3 N/m

Điểm sôi Khối lƣợng riêng ở 25oC: Độ nhớt ở 200C Sức căng bề mặt ở 200C Nhiệt dung riêng ở 200C 1730 J/kg.đo

8.09kcal/kmol.

Nhiệt hóa hơi Nhiệt độ tự bốc cháy trong không khí 538oC. Nhiệt độ tới hạn 289.45oC.

Nhiệt nóng chảy 30,1 kcal/kmol.

Độ hoà tan của nƣớc trong benzen 0.05g/100g C6H6.

Nhiệt lƣợng nóng chảy 2,351 kcal/mol.

Tỷ trọng tới hạn 0,3 g/ml.

Hằng số vật lý một số hydrocacbon thơm [ 3 ] :

Công thức Tên gọi Tỷ khối tnc tsôi

Benzen +5,51 80,1 0,8790 C6H6

Toluen -95 110,6 0,8669 C6H5CH3

Xilen C6H5(CH3)2

Para-xilen +13,2 138,4 0,8610

Octo-xilen -29,0 144,4 0,8802

Meta-xilen -53,6 139,1 0,8641

Etylbenzen -94,0 136,2 0,8669 C6H5C2H5

3.Tính chất hóa học của benzen [ 2 ].

a.Phản ứng cộng hợp :Khó thực hiện, đòi hỏi điều kiện khắc nghiệt nhiệt độ, xúc tác, áp suất.

+ Phản ứng khử :

+ 3H2

benzen xyclohexan

7 Cl– CH CH- Cl

nhiệt độ, áp suất Cl – CH CH–Cl

+ Tác dụng với clo :

+ 3 Cl2

b.Phản ứng oxi hóa :

Rất khó thực hiện.Các chất oxi hóa thông thƣờng nhƣ KMNO4 ,K2Cr2O7 / H2SO4 không có khả năng oxi hóa nhân benzen. Ởû nhiệt độ cao, benzen bị oxi hóa bởi oxi tạo anhydric maleic với sự có mặt của xúc tác V2O5 :

+ 9/2O2 O

benzen CH C CH C 4500C V2O5

anhydricaxetic

c.Phản ứng thế electrophyl SE :

phản ứng halogen hóa :

FeX3 + X2 + HX ; (X = Cl, Br)

Phản ứng nitro hóa :

NO2 H2SO4

+ HNO3 + H2O 55 – 600C

Phản ƣnùg sulfo hóa :

SO3H

+ H2SO4 + H2O

Phản ứng ankyl hóa :

AlCl3 + RCl + HCl

Phản ứng axyl hóa :

O O C R

AlCl3 + R – C – Cl + + HCl

II.Tính chất của axit nitric [ 4 – 134 ], [ 5 – 183 ]:

Axit nitric có công thức phân tử HNO3 là một axit mạnh đƣợc dùng làm tác nhân nitro hóa benzen để sản xuất nitrobenzen.Ở trạng thái hơi, phân tử axit nitric có cấu tạo phẳng.

H O 0,96 A0 1,21 A0

1020

1160 1300 O N 1,41 A0 1140

1.Tính chất vật lý của axit nitric:

Ởû điều kiện thƣờng axit nitric là chất lỏng không màu, bốc khói mạnh trong không khí. Axit nitric đặc tan trong nƣớc theo bất kì tỷ lệ nào. Nó tạo nên với nƣớc hỗn hợp đồng sôi chứa 69,2% axit và sôi ở 121,80C dƣới áp suất thƣờng.

Axit nitric tinh khiết kém bền, dễ bị phân hủy dƣới tác dụng của ánh sáng và nhiệt :

4 HNO3 = 4 NO2 + O2 + 2 H2O

Khí NO2 sinh ra lại tan vào axit nitric làm cho chất lỏng từ không màu trở nên có màu vàng.

- + H2O

Bản thân axit nitric tinh khiết tự ion hóa nhƣ sau : + + NO3 2 HNO3 NO2

Trong đó nồng độ của mỗi loại ion là 0,5 mol/lít ở nhiệt độ –100C.

HNO3 + 2HClO4 NO2

+ : - + H3O+ - + H3O+

Khi tan trong dung môi có khả năng cho proton mạnh hơn, nhƣ axit sulfuric và axit pecloric, axit nitric phân ly cho ion nitroni NO2 + + 2ClO4 + + 2HSO4 4HNO3 + 2H2SO4 4NO2

Qúa trình phân ly này tạo nên nhiều ion nitroni hơn sự tự ion hóa của axit nitric.

Một số tính chất vật lý của axit nitric [ 82 - 10 ] :

Nhiệt độ sôi

Nhiệt độ kết tinh Khối lƣợng riêng ở 200C Độ nhớt ở 200C 82,60C -41,590C 1512,8 kg/m3 0,8.10-3 N.s/m2

2,1258 J/g

626,3 J/g

Nhiệt tạo thành pha khí Nhiệt hóa hơi ở 200C Nhiệt dung riêng ở 200C 1.748 j/g.độ

Nhiệt nóng chảy 600 kcal/kmol

2.Tính chất hóa học của axit nitric :

Axit nitric là axit mạnh, tƣơng đối ít bền, oxi hóa mạnh và là tác nhân nitric hóa.

+ .

a. Tác dụng với kim loại :

Axit nitric có thể tƣơng tác với hầu hết kim loại trừ Au, Pt, Rh, Ta và Ir. Tùy thuộc vào nồng độ của axit, nhiệt độ và bản chất của kim loại mà sản phẩm thu đƣợc là HNO2, NO2, N2O, N2 , NH4

Nói chung những kim loại có thế điện cực khá nhỏ hơn thế điện cực của hidro sẽ khử axit nitric đến N2O, N2, NH4

Ví dụ :

4Zn + 10HNO3(loãng) = 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O

Những kim loại khác khử axit nitric đặc đến NO2 và khử axit nitric loãng đến NO.

Ví dụ :

3CU + 8HNO3(loãng) = 3CU(NO3)2 + 2NO + 4H2O

Pb + 4HNO3(đặc) = Pb(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

Điều lạ là một số kim loại thông thƣờng nhƣ : Fe, Al, và Cr không những không tƣơng tác với axit nitric đặc mà còn đƣợc axit đó thụ động hóa (do tạo thành màng oxit rất mỏng và khó tan).

b.Tác dụng với phi kim :

Axit nitric có thể oxi hóa đƣợc một số nguyên tố không kim loại nhƣ C, P, As, S lên số oxi hóa cao nhất :

S + 2HNO3(loãng) = H2SO4 + 2 NO

S + 6HNO3(đặc) = H2SO4 + 4NO2 + 2H2O Giống với axit nitrơ, axit nitric đặc oxi hóa ion Fe2+ đến ion Fe3+ còn bản thân axit đƣợc khử đến NO. Khi có dƣ ion Fe2+, NO sẽ kết hợp với ion đó cho hợp chất màu nâu và kém bền :

6FeSO4 + 3H2SO4 + 2HNO3 = 3Fe2(SO4)3 + NO + 4H2O

FeSO4 + NO = [Fe(NO)]SO4

Khác với axit nitrơ, axit nitric loãng không oxi hóa đƣợc HI đến I2. Tuy nhiên axit đặc oxi hóa đƣợc không những HI mà cả HCl :

HNO3(đặc) + 3HCl NO + Cl2 + 2H2O

Hỗn hợp của một thể tích axit nitric đặc và ba thể tích axit clohidric đặc đƣợc gọi là cƣờng thủy, nó có thể hòa tan đƣợc cả vàng và Platin.

3Pt + 4HNO3 + 12HCl = 3PtCl4 + 4NO + 8H2O

PtCl4 + 2HCl = H2[PtCl6]

Axit cloroplatinic

Axit nitric tinh khiết hỗn hợp với axit sunfuric đặc là tác nhân nitro hóa các hợp chất hữu cơ mạch vòng thơm.

Ví dụ : H NO2

H2SO + H – NO2 + H2O. 4 III.Tính chất của axit sulfuric [4 – 117],[5 – 230]:

Axit sulfuric (H2SO4) đƣợc sử dụng nhƣ một chất xúc tác trong quá trình nitro hóa đồng thời còn tạo điều kiện cho việc sử dụng axit nitric triệt để hơn.

1.Tính chất vật lý của axit sulfuric: Axit sulfuric là một chất lỏng nặng (d = 1,827 g/cm3 ), sánh nhƣ dầu, không có màu và mùi, các phân tử liên hợp với nhau bằng liên kết hidro, đông đặc ở 10,370C và sôi kèm theo sự phân hủy ở khoảng 2960C. Khi đun sôi axit tinh

khiết lúc đầu bay hơi khí SO3 ,đến dung dịch có nồng độ 98.2% thì sôi ở 338oC đó là hổn hợp đồng sôi của H2SO4 và H2O. Axit sulfuric tan vô hạn trong nƣớc và quá trình tan đó tỏa rất nhiều nhiệt. Vì vậy khi pha loãng cần phải đổ dần dần axit vào nƣớc đồng thời khuấy đều, tuyệt đối không đƣợc đổ nƣớc vào axit.

Axit sulfuric có khả năng hút nƣớc mạnh nên thƣờng đƣợc dùng nhƣ một chất làm khô.

2.Tính chất hóa học của axit sulfuric:

Axit sulfuric có những tính chất hóa học chủ yếu sau : axit mạnh, oxi hóa, sulfo hóa, hidrat hóa. Trong dung dịch nƣớc axit sulfuric là axit mạnh ở nấc điện ly đầu tiên, nấc thứ hai nó điện ly yếu hơn :

H2SO4 H+ + HSO- 4 4 H+ + SO- HSO- 4 Axit sulfuric tinh khiết là dung môi ion hóa ( = 100 ở 250C). Bản thân axit cũng tự ion hóa theo sơ đồ :

+ + HSO4

Axit sulfuric ủaởc noựng oxi hoựa ủửụùc caỷ nhửừng kim loaùi keựm hoaùt động nhƣ đồng, bạc, thủy ngân (0 > 0) và sản phẩm sựï khử H2SO4 là SO2. Ví dụ :

H2SO4 + H2SO4 H3SO4

2 H2SO4 + Cu CuSO4 + SO2 + 2H2O

Với các kim loại hoạt động, sản phẩm sự khử axit sulfuric ngoài SO2 còn tạo thành S, H2S.

Ví dụ :

Mg + 2H2SO4 MgSO4 + SO2 + 2H2O

3Mg + 4H2SO4 3MgSO4 + S + 4H2O

4Mg + 5H2SO4 4MgSO4 + H2S + 4H2O

Axit sulfuric nồng độ lớn hơn 65%, nguội không tác dụng với sắt.Với một số phi kim nhƣ P, S, C bị axit sulfuric đặc nóng oxi hóa đến oxit hoặc axit tƣơng ứng.

Ví dụ :

2 H2SO4 + S 3SO2 + 2H2O

Tính chất sunfo hóa các hợp chất hữu cơ vòng thơm của axit sulfuric đặc thể hiện ở phản ứng :

Ar H + 2H2SO4 ArSO3H + H3O+ + HSO4 Cuối cùng axit sulfuric đặc là tác nhân hidrat hóa, nó có thể hóa than gluxit.

Ví dụ :

(C6H10O5)n + H2SO4 6nC + H2SO4 . 5nH2O

Trái với axit đặc, axit sulfuric loãng không tác dụng với phi kim và chỉ phản ứng với những kim loại có thế khử âm và sản phẩm sự khử axit là khí hidro :

Zn + H2SO4 ZnSO4 + H2

IV.Tính chất của Na2CO3 [ 10 ] , [ 5 – 47 ]:

Natri cacbonat (Na2CO3) đƣợc dùng làm chất trung hòa axit dƣ.

1.Tính chất vật lý của Na2CO3:

Những thông số vật lý của Na2CO3 :

Khối lƣợng riêng ở 200C

Nhiệt độ nóng chảy 2533 kg/m3 8540C.

Khối lƣợng phân tử 105.99 kg/kmol. Tỷ trọng ở 20oC 2.533 g/cm3.

Nhiệt tạo thành 10.676 j/g.

7000 kcal/kmol

Nhiệt nóng chảy Nhiệt dung riêng ở 250C 0,2493 kcal/kg.độ

Natri cacbonat khan là chất bột màu trắng, hút ẩm. Nó dễ tan trong nƣớc, quá trình tan phát ra nhiều nhiệt do sự tạo thành các hidrat. Từ dung dịch ở nhiệt độ dƣới 32,50C, natri cacbonat kết tinh dƣới dạng đecahidrat Na2CO3.10 H2O. Đây là những tinh thể đơn tà trong suốt, không màu, dễ tan trong nƣớc và nóng chảy trong nƣớc kết tinh ở 32,50C. Giữa nhiệt độ đó và 35,40C, nó mất nƣớc biến thành heptahidrat Na2CO3.7 H2O, trên 35,40C biến thành monohidrat Na2CO3.H2O và đến 1070C mất nƣớc hoàn toàn biến thành soda khan. Độ tan của các hidrat chứa nhiều phân tử nƣớc tăng lên theo nhiệt độ, còn độ tan của monohidrat giảm xuống. Khi để trong không khí, đecahidrat mất bớt nƣớc kết tinh trở nên trắng vụn.

2.Tính chất hóa học của Na2CO3:

Khi tan trong nƣớc, natri cacbonat bị thủy phân làm cho dung dịch có phản ứng kiềm :

Na2CO3 + H2O NaHCO3 + NaOH

Tác dụng vơiù vôi tôi :

Na2CO3 + Ca(OH)2 CaCO3 + 2NaOH

Tác dụng với CO2 và H2O :

Na2CO3 + CO2 + H2O = 2NaHCO3

B.TÍNH CHẤT CỦA SẢN PHẨM. [12- 415 ; 1 - 96 ]: 1.Tính chất vật lý của nitrobenzen : Nitrobenzen có công thức phân tử C6H5NO2, là hợp chất nitro thơm đơn giản nhất. Chất lỏng nhƣ dầu. Nitrobenzen đƣợc điều chế bằng cách dùng hỗn hợp HNO3 và H2SO4 để nitro hóa benzen. Dùng làm nguyên liệu để sản xuất anilin, benzidin, thuốc nhuộm, dung môi và chất oxi hóa. Nitrobenzen tinh khiết là chất lỏng không màu (nitrobenzen công nghiệp có màu vàng), có mùi hạnh nhân, độc, ít tan trong nƣớc, có thể bayhơi theo hơi nƣớc. Nitrobenzen dễ tan đƣợc trong hầu hết các dung môi hữu cơ và tan lẫn với benzen ở mọi tỷ lệ. Nitrobenzen là một dung môi hữu cơ tốt có thể hòa tan đƣợc AlCl3.

Những thông số vật lý quan trọng của nitrobenzen :

+ Nhiệt độ nóng chảy 5,850C

+ Nhiệt độ sôi

ở 4 kPa

ở 0,13 kPa 108,20C 53,10C

+ Tỷ trọng 25

1,119 2,17.10-2 mPa.s

43,35 mN/m

d4 + Độ nhớt (150C) + Sức căng bề mặt (200C) + Nhiệt dung riêng (300C) 14,18 J/g

+ Nhiệt nóng chảy 94,1 J/g

+ Nhiệt hóa hơi

+ Nhiệt độ chớp cháy cốc kín

+ Nhiệt độ tự bốc cháy 331 J/g 880C 4820C

+ Giới hạn nổ trong không khí (930C) 1,8% V

4,1

+ Tỷ trọng pha hơi + Chỉ số khúc xạ n15 1,55457

2.Tính chất hóa học của nitrobenzen :

Hợp chất nitro thơm tham gia hai loại phản ứng chính là : phản ứng khử hóa nhóm nitro (NO2) thành nhóm amin NH2 và các phản ứng thế xảy ra ở nhân thơm (thế electrophyl và thế nucleophyl).

a.Phản ứng khử : Hợp chất nitro thơm bị khử hoá tạo ra các sản phẩm trung gian khá phức tạp.

*Khử trong môi trƣờng axit : chất khử đƣợc dùng là kim loại ,

Ví dụ: Fe hoặc Sn, Zn trong môi trƣờng axit (HCl) :

2H 2H 2H NHOH NH2 NO2 NO + H2O -H2O

Nitrobenzen Nitrozo Hydroxylamin Anilin

Khử trong môi trƣờng kiềm : chất khử Zn + NaOH hoặc NiAlH4. Phản ứng tạo ra các sản phẩm trung gian khá phức tạp và khó tách.

NHOH NO2 NO

[ H ] N = N

nitrrobenzen nitrrozo hydroxyamin O

Azoxibenzen NH2

N = N NH – NH 2` Azobenzen Hydrazobenzen

* Khử trong môi trƣờng trung tính : chất khử : Zn + NH4Cl. Phản ứng khử dừng lại ở sản phẩm hydroxylamin.

NO2 NHOH

+ 2Zn + NH4Cl + H2O

benzen hydroxylamin

Phản ứng khử hoá có thể tiến hành với hydro phân tử H2, dùng xúc tác Ni hoặc Pt, Pd.

b.Phản ứng thế electrophyl : NO2 là nhóm thụ động hoá nhân benzen trong phản ứng SE , và là nhóm định hƣớng meta :

NO2 NO2

Ví dụ : + Cl2 + HCl FeC3

Nitrobenzen m – clo – nitrobenzen

c.Phản ứng thế nucleophyl:

Nhóm -NO2 thể hiện hai hiệu ứng âm : -C, -I , là nhóm hút electron mạnh , làm giảm khả năng phản ứng của nhân trong phản ứng thế electrophyl. Ngƣợc lại nó làm hoạt động hoá vòng thơm trong phản ứng thế nucleophyl .

Ví dụ: Phản ứng thế nucleophyl của dẫn xuất halogen xảy ra thuận lợi khi trong vòng benzen ,ngoài nguyên tử halogen còn có nhóm -NO2 ở các vị trí octo và para.

O2N-- --CL + NaOH O2N-- --OH + NaCL

Nhóm -NO2 là nhóm hút electron mạnh làm phân tán điện tích âm và làm bề cacbanion trong phản ứng thế electrophyl.

3.Ứng dụng của nitrobenzen:

Nitrobenzen là một sản phẩm trung gian quan trọng. Hầu hết nitrobenzen đƣợc dùng để chuyển hoá thành anilin ,benzidin, dinitrobenzen ,làm chất xúc tiến lƣu hoá cao su, dùng để sản xuất thuốc nhuộm anilin đen .Ngoài ra còn dùng làm dung môi chọn lọc để tinh chế dầu mỏ và một số ứng dụng quan trọng nữa là dùng để sản xuất thuốc nổ và dùng trong y dƣợc.

Chƣơng II.

CÁC PHƢƠNG PHÁP SẢN XUẤT NITROBENZEN [ 8}

1.Nitro hoá bằng axit HNO3 :

Phản ứng xảy ra theo phƣơng trình :

ArH + HONO2  ArNO2 + H2O

Nƣớc tạo ra trong quá trình sẽ làm loãng nồng độ của HNO3. Hằng số vận tốc phản ứng nitro hoá phụ thuộc vào nồng độ axit cho nên vận tốc nitro hoá giảm xuống khi nồng độ axit giảm tới một trị số xác định thì phản ứng thực tế không thể xảy ra nữa .Ví dụ : nitro hoá toluen khi nồng độ HNO3 < 50% sẽ không xảy ra nữa. Để tăng cƣờng vận tốc nitro hoá thì tăng nhiệt độ lên nhƣng quá trình oxi hoá lại tăng, làm sinh ra các sản phẩm phụ không mong muốn.

Đối với phƣơng pháp này tốt hơn hết là nên làm việc ở nhiệt độ thấp và phải dùng axit nitric thật tinh khiết. Nhiều chất bị nitro hoá bởi HNO3 nhƣ : phenol, phennangtren, naptalin, angtraxen...

Nhƣng thực tế trong công nghệ ít dùng độc nhất HNO3 thƣờng thêm chất hút nƣớc vào.

2.Nitro hoá bằng axit HNO3 + H2SO4 :

Là phƣơng pháp thông dụng nhất hiện nay vì có những ƣu điểm sau:

- Sử dụng đƣợc hoàn toàn HNO3.

- Giảm bớt đƣợc quá trình oxi hoá của HNO3 đến mức tối thiểu.

- Có thể dùng lại đƣợc axit đã làm việc (rất kinh tế).

- Có thể nitro hoá ở nhiệt độ cao đƣợc (cao hơn so với phƣơng pháp

+ nhanh,làm tăng vận tốc

dùng HNO3 ).

- Axit H2SO4 giúp cho quá trình tạo ra NO2

phản ứng.

- Hiệu suất đạt đƣợc tƣơng đối cao đến 98% lại không cần HNO3 tinh khiết. Ngoài H2SO4 ra còn có thể dùng các tác nhân khác để hút nƣớc nhƣ : BF3, P2O5 ...

Ví dụ : ArH + HNO3 + BF3  ArNO2 + BF3. H2O

3.Nitro hoá bằng muối của HNO3 :

Phản ứng xảy ra theo phƣơng trình :

NaNO3 + H2SO4  HNO3 + NaHSO4

HNO3 là tác nhân nitro hoá.

Ưu điểm của phương pháp này :

- Môi trƣờng tuyệt đối không có nƣớc.

- Hầu nhƣ không có quá trình oxi hoá, không có HNO2.

Nhược điểm :

-Không thể sử dụng cặn thừa là bisulfat natri.

- Nếu ta dùng NH4NO3 thì tốt hơn vì bisulfat amon dùng tốt và xử lý dễ

dàng.

- Nếu dùng HNO3 để nitro hoá toluen sản phẩm tự oxi hoá là meta

nitrobenzenandehyt. Hiệu suất của nó tăng theo sự tăng của nhiệt độ.

4.Nitro hoá khi có thêm HCH3COO hay alhydric axetic :

Hỗn hợp của HNO3 với HCH3COO hay với alhydric axetic là hỗn hợp tác nhân nitro hoá.

Axit axetic là môi trƣờng tốt để nitro hoá mạch nhánh. Dùng alhydric axetic còn lợi hơn vì nó còn có tác dụng hút nƣớc tốt.

Alhydric axetic + HNO3  axetylnitrat.

HNO3 + (CH3CO)2 O N2O5 + 2CH3COOH

N2O5 + (CH3CO)2O 2CH3COONO2

Đầu tiên là axetyl hoá sau là quá trình tạo ra hợp chất nitro :

ArH + CH3COONO2  ArNO2 + CH3COOH

Axit axetic cũng kết hợp với HNO3 tạo thành hợp chất phức chất hai cấu tử (HNO3.HCH3COO) làm ảnh hƣởng đến vận tốc phản ứng.

5.Nitro hoá bằng phƣơng pháp thế các nhóm sulfo, amino, diazo... bằng nhóm NO2 :

Ví dụ :

ArN = N – O.NO2 + NaNO2  ArN = N – O – NO + NaNO3

Diazonitrat Diazonitrit

Sau đó chuyển thành hợp chất nitro :

ArN = NO – NO  ArNO2 + N2

Phƣơng pháp này thƣờng dùng trong công nghiệp thuốc nhuộm để điều chế mêta- nitronaptalin hoặc điều chế trong phòng thí nghiệm para dinitro benzen tinh khiết từ para nitro-anilin.

6.Nitro hoá bằng oxit nitơ :

Phƣơng pháp này đƣợc nghiên cứu và đƣa vào sản xuất từ năm 1910

đến 1915. Nitro hoá bằng oxit nitơ trong kỹ thuật rất ƣu việt, vì nó không cần qua giai đoạn điều chế HNO3. Nhƣ ta đã biết sản xuất HNO3 từ oxit nitơ là một điều phức tạp về thiết bị và kỹ thuật, quá trình phải oxi hoá NO thành NO2 sau đó dùng nƣớc hấp thụ đƣợc axit loãng rồi dùng H2SO4 đặc để tăng nồng độ của HNO3 . Vì vậy dùng ngay oxit nitơ trong quá trình oxi hoá nitơ là một vấn đề rất kinh tế.

N2O4 nằm ở hai dạng đồng phân :

N2O4 2NO2

Ở nhiệt độ thấp nằm ở dạng đồng phân đimer oxit nitơ khi nhiệt độ lớn hơn 1400C thì N2O4 phân ly hoàn toàn. Khi nhiệt độ 270C khoảng 20% N2O4 nằm dƣới dạng monomer. Màu sắc của N2O4 cũng thay đổi theo nhiệt độ, khi ở – 500C là tinh thể không màu, khi ở 1830C là khí màu đen.

Phản ứng tác dụng giữa benzen và N2O4 xảy ra :

NO2

+ 3N2O4 + 3HNO3

benzen NO2 O2N

trinitrobenzen

Khi tác dụng benzen với N2O4 ngƣời ta thƣờng thêm tác nhân phụ trợ vào ,ví dụ nhƣ AlCl3 và FeCl3. Khi có mặt những clorit ấy benzen sẽ tác dụng rất mãnh liệt với N2O4 tạo thành một phức chất.

Ví dụ : Đối với benzen thì thành phần cuối cùng là:

2AlCl3.3C6H6.3N2O4

và FeCl3.2C6H6.2NO4

Trong đó nƣớc sẽ tách ra khỏi hợp chất , đồng thời chất hữu cơ C6H6N2O4 tách HNO2 ra và biến thành nitrobenzen.

Khi đun nóng AlCl3 với N2O4 và hợp chất thơm vắng mặt của H2O

thì phản ứng xảy ra theo phƣơng trình :

2AlCl3 + 3ArH + 3N2O4  3ArNO2 + 3NOCl + Al2Cl3(OH)3

Titop cho rằng sự tác dụng xảy ra do sự bão hoà từng bậc của AlCl3, giai đoạn đầu tạo thành : ArNO2.AlCl2(OH)+ AlCl3.NOCl và cuối cùng tạo thành : AlCl(OH)2.ArNO2.2NOCl.

Cơ chế phản ứng nitro hoá này, Titop giải thích bằng sự tác dụng có cực của AlCl3 dẫn đến sự ion hoá phân tử N2O4 nhƣ sơ đồ :

+ AlCl3 N2O4  AlCl3.NO2.NO2

H AlCl3.NO2.NO2 + C6H6  NO2 ( NO2AlCl )- H+

Trong hợp chất trung gian này, hydrozen liên kết với nguyên tử cacbon cùng với NO2 , dễ dàng tách ra dƣới dạng ion để tạo thành nitrobenzen rồi kết hợp với phân tử thứ hai AlCl3 thành phân tử.

Ngƣời ta còn dùng PCl5 làm tác nhân phụ trợ, phản ứng xảy ra theo phƣơng trình :

PCl5 + ArH + N2O4  POCl3 + HCl + NOCl + ArNO2

Phƣơng pháp này chỉ dùng gần nơi sản suất HNO3.

7.Nitro hoá bằng oxit nitơ có mặt H2SO4 :

- + H3O+ - + H3O+

Khi có mặt H2SO4 thì :

+ + 3HSO4

- + H3O+

+ là tác nhân nitro hoá.

N2O3 + 3H2SO4 2NO+ + 3HSO4 + + 3HSO4 N2O4 + 3H2SO4 NO+ + NO2 N2O5 + 3H2SO4 2NO2

NO2

Trong quá trình chỉ có 50% đioxit nitơ là tham gia vào phản ứng. Còn 50% khác tác dụng với axit H2SO4 thành sulfua nitrozyl :

C6H6 + H2SO4 + 2NO2  C6H5NO2 + NOOSO3H + H2O

Phản ứng với toluen, meta và para xylen , clobenzen, nitrobenzen cũng xảy ra tƣơng tự nhƣ thế. Angtraquinon cũng cho sản phẩm nitro khi tác dụng N2O4 trong môi trƣờng oleum chứa 5% SO3 cùng với axit H2SO4 nồng độ 70 – 100%.

8.Nitro hoá bằng HNO3 với sự tách nƣớc phản ứng :

Ƣu điểm của phƣơng pháp này là không dùng H2SO4 vì việc thu hồi H2SO4 trong axit đã dùng tốn nhiệt, hệ thống thiết bị đặc biệt.

Sự tách nƣớc tạo thành bằng cách tạo nên một hỗn hợp đẳng phí giữa nƣớc và hydrocacbon thơm hay với một dung môi trơ cho vào tỷ lệ với lƣợng HNO3.

+Ưu điểm :

- Không nhận đƣợc axit đã dùng, không cần tái sinh.

- Tách nƣớc nên tăng nồng độ của HNO3.

Hỗn hợp bay lên sẽ qua tinh luyện dung dịch đẳng phí không đồng nhất bậc 2 sẽ tách bằng lắng phân riêng. ArH sẽ đƣa về để nitro hoá lại.

Muốn tăng tốc độ của quá trình dùng HNO3 ở dạng hơi. Hơi HNO3 khuếch tán vào trong ArH, khối phản ứng đồng nhất, bề mặt tiếp xúc lớn nên vận tốc nitro hoá lớn. Ở nhiệt độ cao HNO3 hoạt động hơn.

Quá trình có năng suất lớn, dễ liên tục.

+Nhược điểm :

Dùng thiết bị bằng thép không rỉ. Trong thực tế ít dùng.

Chƣơng III.

LÝ THUYẾT VỀ QUÁ TRÌNH NITRRO HOÁ. [8]

Hiện nay, nitrrobenzen đƣợc sản xuất theo phƣơng pháp thông dụng nhất là nitro hoá benzen bằng tác nhân nitro hoá là hỗn hợp của axit nitric và axit sulfuric

I.QUÁ TRÌNH NITRO HOÁ.

Phản ứng nitro hoá vòng benzen xảy ra theo cơ chế electrophyl, đƣợc biểu diễn bằng phƣơng trình sau :

NO2

H2SO4 + HNO3 + H2O 55 – 60 0C

Nhiệt phản ứng của quá trình nitro hoá rất lớn : 100,4 - 142,5 kj/mol (24 – 34 kcal/mol). Phản ứng nitro hoá tạo ra nƣớc nên nồng độ HNO3 giảm dần. Hằng số vận tốc của phản ứng phụ thuộc vào nồng độ axit ở đây nồng độ HNO3 giảm dần và thực tế giảm đến một trị số xác định của nồng độ phản ứng sẽ dừng lại. Ví dụ : nitro hoá benzen bằng HNO3 ở 800C phản ứng sẽ không tiếp tục nữa khi nồng độ của HNO3 = 50%. Nếu ở nhiệt độ thấp hơn phản ứng sẽ ngừng ở nồng độ cao hơn. Khi nitro hoá bằng HNO3 loãng quá trình oxi hoá lại xảy ra mãnh liệt hơn (HNO3 có khả năng oxi hoá hydrocacbon khi nhiệt độ rất thấp dù vắng mặt H2O hay có mặt H2O), điều này thể hiện rõ rệt bằng sự tách oxit nitơ trong phản ứng với HNO3 loãng. Chính vì thế nên trong thực tế ngƣời ta không nitro hoá độc nhất bằng HNO3.

Để tránh những ảnh hƣởng xấu ấy ngƣời thƣờng sử dụng những chất hút nƣớc. Phổ biến và thông dụng hơn cả là dùng H2SO4. Hỗn hợp HNO3 + H2SO4 gọi là hỗn hợp nitro hoá hay hỗn hợp axit. Hỗn hợp nitro hoá đƣợc chế tạo từ axit H2SO4 96 đến 98% và HNO3 kỹ thuật nồng độ 60 đến 65%( =1,4) hay 95 – 98% ( = 1,5), để thuận tiện trong công nghiệp ngƣời ta thƣờng dùng hỗn hợp menlazơ, gồm HNO3 đậm đặc, 7,5 – 9% H2SO4 và khoảng 4,5% H2O, cái lợi của hỗn hợp này là có thể vận chuyển trong những thiết bị bằng gang thép mà không bị ăn mòn (khi nitro hoá tính toán pha thêm axit H2SO4 vào).

Ngƣời ta còn dùng cả oleum để chế tạo hỗn hợp nitro hoá. Ngoài hỗn hợp HNO3 + H2SO4 ra còn có thể sử dụng hỗn hợp H2SO4 + NH4NO3, đôi khi dùng hỗn hợp nitro hoá là HNO3 với dung môi CH3COOH hay những dung môi không tan trong nó nhƣ clobenzen, policlorit benzen, CCl4, BF3. Những dung môi này là tác nhân hút nƣớc rất tốt. Song vì khó tái sinh và hay gây ra phản ứng phụ nên các loại dung môi này ít đƣợc sử dụng.

Việc đƣa thêm nhóm NO2 vào sẽ làm giảm mật độ điện tích trong vòng benzen (NO2 là nhóm hút electron) do đó cũng làm giảm hoạt tính của vòng benzen đối với phản ứng thế electrophyl. Chính vì vậy nên các sản phẩm thế di - , tri – nitrobanzen hiếm khi xảy ra dƣới điều kiện đƣợc sử dụng cho quá trình thế mono – nitro. Các quá trình di – nitro hoá đòi hỏi các điều kiện khắc nghiệt hơn đi kèm theo (nồng độ axit cao và nhiệt độ cao) cũng nhƣ phải sử dụng quá trình tách sản phẩm mono và thực hiện phản ứng từng bƣớc.

Các phản ứng nitro hoá đều kèm theo sự toả nhiệt, đối vớ mononitro hoá benzen có H = -117 kj/mol, còn naphtalen có H = - 209kj/mol. Qua trình toả nhiệt này đòi hỏi phải làm lạnh một cách có hiệu quả , bằng việc sử dụng

quá trình làm lạnh bằng vỏ bọc ngoài hoặc làm lạnh trong hay cả hai phƣơng pháp .

Vì lí do an toàn, thiết bị thùng khuấy đƣợc giới hạn khả năng chứa khoảng 6000 lít ,kết hợp với máy khuấy .Quá trình liên tục dùng cho sản xuất hợp chất trung gian (nitrobenzen, dinitrobenzen…) có độ an toàn và hiệu quả kinh tế cao .

Hai lĩnh vực quan trọng trong công nghệ nitro hoá đang đƣợc chú ý đến và cải tiến hiện nay trên thế giới là:

+ Sử dụng axitsunfuric tuần hoàn.

+ Điều khiển các đồng phân và tách chúng.

II.LÝ THUYẾT CHUNG.

1.Bản chất tác nhân nitro hoá.

Tác nhân nitro hoá là hỗn hợp của hai axít HNO3 và H2SO4. Ở đây ta xét đến vai trò đặc biệt của H2SO4.

Theo Maccopnhicop thì hỗn hợp nitro hoá tạo ra anhydric HOSO2ONO2 và chính nó là tác nhân nitro hoá. Sự tạo thành anhydric xảy ra theo phƣơng trình sau :

+. Giả thiết này không đúng, vì thực ra tác nhân nitro hóa chính là ion NO2 Ion nitronyl này tạo ra cùng với ion hydroxyl và bisulfat theo phƣơng trình của Titop :

- (1)

H2SO4 + HNO3 HOSO2ONO2 + H2O

+ + H3O+ + 2HSO4 + ngƣời ta đã nghiên cứu theo nhiều

HNO3 + 2H2SO4 NO2

Để xác nhận có thực ion nitroni NO2 phƣơng pháp khác nhau :

Xaponhicop đã nghiên cứu thấy độ dẫn điện của dung dịch HNO3 + H2SO4 khá lớn, chứng tỏ trong dung dịch có ion. Dung dịch điện ly của HNO3 + ; trong hỗn hợp axit trong oleum thì HNO3 chuyển hoàn toàn thành NO2 + tạo ra rất ít (điện phân dung dịch HNO3 trong oleum axit loãng ion NO2 HNO3 nằm trong dung dịch ở dạng cation).

Nghiên cứu bằng quang phổ của dung dịch HNO3 trong H2SO4 thấy xuất hiện một đƣờng có tần số bằng 1400 cm-1, đƣờng này không có trong HNO3 loãng, nhƣng lại xuất hiện trong HNO3 đặc, khá mạnh và rõ rệt nhất trong hỗn hợp HNO3 + H2SO4 . Cƣờng độ đƣờng này giảm đi khi hàm lƣợng nƣớc trong

hỗn hợp tăng lên. Thí nghiệm đƣa đến kết luận : có sự phân ly ra O = N+ = O mới làm xuất hiện đƣờng thẳng của quang phổ.

Trong oleum ion nitroni NO2

+ tạo ra từ HNO3 theo phƣơng trình : + + HSO- 4 + H2SO4

HNO3 + H2S2O7 NO2

-]2

Theo sự biến đổi cƣờng độ của đƣờng có tần số 1400 cm-1 trong quang phổ thì hằng số vận tốc của phản ứng (1) là :

+] [H3O+] [HSO4 [HNO3] [H2SO4]2

+) cation nitronyl.

[NO2 K =

+ trong

Hằng số vận tốc (K) biến đổi từ 30  42. Theo số liệu động học thì K = 30  36. Bởi vậy khi dùng dƣ H2SO4 với HNO3 ít nƣớc thực tế HNO3 phân ly hoàn toàn thành (NO2

Nghiên cứu bằng quang phổ phân ly liên hợp thấy hàm lƣợng NO2 hỗn hợp H2SO4 + HNO3 biến đổi nhƣ sau:

5 10 1 15 1 20 2 40 60 80 8 90 9 100

HNO3trong hỗn hợp (%)

1 100 1 80 8 62,5 9 28,8 2 16,7 1 9,8 9 5,9 5 100 100 HNO3chuyển + (%) thành NO2

- .

Khi chỉ có HNO3 thì ion nitroni sẽ tạo ra theo phƣơng trình :

+ + H2O + NO3

+ vẫn tạo ra.

2HNO3 NO2

Khi thêm nƣớc vào HNO3 100%, nghiên cứu bằng quang phổ thấy ion nitroni sẽ ít đi và mất hẳn. Ở nồng độ HNO3 94  95% những hỗn hợp của HNO3 với H2SO4 khi pha thêm nƣớc vào thì ion NO2

Ví dụ : Hỗn hợp là H2SO4 + HNO3 + H2O trong đó hàm lƣợng của HNO3 là 70%, ion nitroni chỉ mất đi khi hàm lƣợng H2O chứa trong đó là 11%. Nếu + mất đi khi hàm lƣợng nƣớc chứa trong hàm lƣợng HNO3 là 30% thì ion NO2 đó là 13,5%.

Trong đó axit nitric khan phần lớn HNO3 nằm ở dạng phân tử trung hoà HONO2. Một vài tính chất của HNO3 nhƣ sự biến đổi sức căng bề mặtcùng với nhiệt độ, trọng lƣợng phân tử, quang phổ tử ngoại chứng tỏ có sự liên hợp các phân tử của axit nitric do liên kết hydro theo cấu tạo sau :

O . . . . H – O

O  N N  O

OH . . . . . . O

+ , 1,5% NO3 2HNO3 NO2

- và 0,5% H2O đƣợc tạo thành theo phản ứng. - + H2O

+ + NO3

Nghiên cứu đặc tính biến đổi nhiệt độ nóng chảy của axit nitric (nồng độ HNO3 100%) khi thêm nƣớc và N2O5 vào thấy rằng trong axit HNO3 nồng độ 100% chứa khoảng 97% (theo trọng lƣợng) HNO3 không bị phân ly và khoảng 1% NO2

Khi thêm nƣớc vào axit nitric chủ yếu tạo thành các phức chất không bị ion hoá gồm : [(H2O)(HNO3)2]

Nồng độ axit HNO3 là 95  100% và [(H2O)(HNO3)] nồng độ axit là 80  95% phân ly thành ion theo phƣơng trình :

HNO3 + H2O H3O+ + NO3

Axit nitric nồng độ 75% và cao hơn thì sự phân ly thành ion xảy ra ở mức độ không đáng kể.

Nếu tiếp tục giảm nồng độ HNO3 thì mức độ phân ly thành phần tử tích điện đƣợc tăng lên.

Nâng cao nhiệt độ lên thì mức độ phân ly của HNO3 cũng bị giảm đi.

Những giả thiết và số liệu thu đƣợc trong các công trình nghiên cứu đƣa đến kết luận là : Tác nhân nitro hoá là ion nitroni và H2SO4 đóng vai trò quan + dễ dàng và lƣợng HNO3 tiêu tốn ít. Vì vậy trọng làm cho sự phân ly ra NO2 thực tế hay sử dụng hỗn hợp nitro hoá là HNO3 và H2SO4.

2.Cơ chế phản ứng nitro hoá bằng hỗn hợp H2SO4 + HNO3. Gonleman Vilanda đã nghiên cứu cơ chế phản ứng nitro hóa của benzen

với axit nitric cho rằng đầu tiên axit nitric kết hợp với nhân thơm theo nối đôi rồi tiếp tục tách nƣớc thành nitrobenzen

OH - H2O

+ NO2

benzen nitrobenzen H - OH H - NO2 -

NO2 -

Sự xác nhận trên đƣợc tìm ra trong khi tách sản phẩm tƣơng tự của sự kết hợp axit nitric với hydrocacbon không no, naphtalin và angtraxen. Thiếu sót của sơ đồ trên là không đƣợc rõ ràng khi tiếp tục chuyển hoá sản phẩm kết hợp thành dẫn xuất của benzen.

Titop nghiên cứu sự tác dụng của axit nitric với naphtalin thấy rằng sản phẩm nhận đƣợc không phải là đơn chất mà là một hỗn hợp chứa nitro naphtalin, naphtalin và axit nitric. Nghiên cứu kỹ hơn nữa phản ứng tác dụng của hydrocacbon loại etylen với axit nitric , chứng tỏ rằng axit nitric kết hợp theo nối đôi nhƣ những axit vô cơ khác đồng thời tạo thành nitrat

của rƣợu không no theo sơ đồ :

H ONO2

C = C + HONO2 C C

Tronop cũng nhƣ Nanutkin và Zabrodin coi sự kết hợp của axit nitric với benzen theo sơ đồ của Gonleman Vilanda không rõ ràng.

Các nhà nghiên cứu này giả định rằng hợp chất trung gian tạo thành do kết quả của sự kết hợp axit nitric với hydrocacbon theo sơ đồ :

O O

C6H6 + N O C6H5 . N O H C6H5NO2 - H2O OH OH

Tronop dựa trên những công trình đã nghiên cứu theo động học phản ứng giữa benzen và axit nitric trong dung dịch nitrobenzen, cũng nhƣ công trình nghiên cứu nitro hoá benzen bằng etylnitrat, thấy rằng phân tử axit nitric tham gia chủ yếu để tạo thành sản phẩm trong đó một phân tử hoạt hoá phân tử benzen còn phân tử thứ hai đƣợc kết hợp nhƣ sơ đồ :

N O H

(HNO3)

Qua một số nghiên cứu khác Tronop còn thấy rằng giữa nitrobenzen và axit nitric tồn tại một phức chất có thành phần là : C6H5NO2 + HNO3 và C6H5NO2 + 2HNO3.

Đối chiếu những số liệu ở trên về thành phần hỗn hợp nitro hoá và về động học quá trình nitro hoá thì những cơ chế phản ứng ấy chƣa đƣợc rõ ràng lắm.

Về sau nhiều công trình nghiên cứu đã tìm đƣợc cơ chế phản ứng nitro hóa thích hợp nhất.

+. Titop coi cation NO2

Trong hỗn hợp axit HNO3 và H2SO4 khan nƣớc, axit nitric hoàn toàn hoặc + là tác nhân nitro phần lớn nằm ở dạng cation NO2 hoá rõ rệt khi nitro hóa những chất tƣơng đối khó bị nitro hoá bằng hỗn hợp + là axit H2SO4 và HNO3. Theo Titop khả năng phản ứng cao của cation NO2 do sự bão hoà điện tử và chƣa bão hòa của nguyên tử nitơ.

Cation nitroni đƣợc tạo ra theo phản ứng :

HNO3 + H2SO4 HOSO2ONO2 + H2O

+ + H2SO4

HOSO2ONO2 NO2

Cơ chế phản ứng nitro hóa gồm hai giai đoạn. Giai đoạn chậm hơn và quyết định tốc độ của toàn bộ qúa trình là giai đoạn trong đó mối liên kết giữa nguyên tử hydro và cacbon bị phá vỡ.

+ hay

O2N H ( I ) NO2 H + NO2

+ chậm

NO2 NO2

H + H+

-  H2SO4

nhanh

H+ + HSO4 Theo cơ chế này giai đoạn (I) đồng thời cũng là giai đoạn chậm nhất và + với nhân quyết định tốc độ của toàn bộ quá trình là yêu cầu kết hợp ion NO2 thơm tạo thành sản phẩm có cấu tạo :

NO2 H NO2 hay H + +

Giai đoạn hai là giai đoạn tách proton, sản phẩm kết hợp chuyển hoá thành hợp chất nitro xảy ra với tốc độ lớn hơn không ảnh hƣởng tới tốc độ toàn bộ quá trình.

3.Động học của phản ứng nitro hoá bằng hỗn hợp HNO3 và H2SO4:

Mactixen đã nghiên cứu ảnh hƣởng của nồng độ H2SO4 trong hỗn hợp nitro hoá lên vận tốc phản ứng. Ông đã nghiên cứu động học phản ứng của hợp chất thơm bằng đƣơng lƣợng phân tử của HNO3 trong axit H2SO4 dƣ với những nồng độ khác nhau, đi đến kết luận rằng : Phản ứng nitro hoá là phản ứng bậc hai, hằng số vận tốc của phản ứng thực tế không biến đổi qua tất cả

các giai đoạn phản ứng với một nồng độ H2SO4 không đổi. Nếu thay đổi nồng độ H2SO4 thì hằng số vận tốc phản ứng cũng biến đổi theo, hằng số vận tốc còn phụ thuộc vào nồng độ chất đƣợc nitro hoá.

Qua thực nghiệm thấy rằng , hằng số vận tốc phản ứng đạt cực đại ứng với tỷ số 0,63 mol H2O/ 1mol H2SO4 (axit H2SO4 nồng độ 89,4%), hằng số vận tốc phản ứng sẽ giảm đi với nồng độ của HNO3 lớn hơn hoặc nhỏ hơn 89,4%.

Khi chuyển từ H2SO4.0,3H2O thành H2SO4 nồng độ 100% thì hằng số vận tốc phản ứng nitro hoá phần lớn giảm đi 3 lần, đối với axit benzoic giảm đi khoảng 18,5 lần, đối với benzosulfo axit giảm đi 11,5 lần.

Tốc độ nitro hoá các dẫn xuất của benzen phụ thuộc nhiều vào đặc tính các nhóm thế có sẵn trong nhân, sắp xếp theo dãy sau :

NO2 > SO3H > COOH > Cl < CH3 < OCH3 < OC2H5 < OH

chậm dần đi tăng dần lên

Những nhóm đứng phía bên phải clo làm tăng dần vận tốc phản ứng và càng lớn khi càng đi về phía bên phải. Những nhóm đứng phía bên trái clo làm chậm dần phản ứng ở mức độ lớn hay nhỏ là tuỳ thuộc vào mức độ cách xa clo.Aûnh hƣởng làm chậm của nhóm nitro rất lớn. Nếu đƣa nhóm nitro vào hợp chất thơm , sẽ làm giảm hằng số vận tốc của quá trình nitro hoá về sau này từ 105  107 lần.

Qua thực nghiệm đã xác nhận rằng tốc độ nitro hoá nitrobenzen cực đại ở 250C khi nồng độ H2SO4 90% , khi nitro hoá bằng H2SO4 nồng độ 95% thì tốc độ phản ứng giảm đi hơn hai lần, còn nitro hoá bằng H2SO4 nồng độ 80% thì tốc độ phản ứng giảm đi 3000 lần. Vị trí vận tốc cực đại phụ thuộc vào nhiệt độ, ví dụ : nitro hoá nitrobenzen ở 50C thì vận tốc cực đại khi nồng độ axit H2SO4 là 89% , nhƣng nitro hoá ở 400C thì vận tốc cực đại khi nồng độ H2SO4 là 91%.

Qua số liệu trên chứng tỏ rằng không phải nồng độ H2SO4 và H2O quyết định vận tốc phản ứng nitro hoá mà chính là do hàm số axit (H0 ) : đặc trƣng khuynh hƣớng của môi trƣờng đối với sự truyền proton cho kiềm trung tính.

a .

H0 = - lg

fB + H+ fBH Trong đó :

+ : hệ số hoạt độ kiềm trung tính B và axit cùng với BH+ .

a : hoạt độ của proton. H+ fB và fBH

+ không đổi đối với tất cả các kiềm trung tính, vì vậy trị số

Tỉ số f B / fBH H0 không phụ thuộc vào bản chất của kiềm.

Axit H2SO4 đóng vai trò một chất xúc tác nhƣng lại vừa có tính chất dƣơng và âm. Theo Titop thì axit H2SO4 đƣợc coi là một phụ gia hoạt động đóng vai trò kép : một mặt làm cho HNO3 hoạt động, mặt khác có tác dụng xấu do phản ứng với hợp chất thơm tạo ra phức chất, phức chất này khó phản ứng với HNO3 để cho sản phẩm nitro hóa. Titop xem mặt xấu này là nguyên nhân hạ thấp hằng số vận tốc của quá trình nitro hóa khi tăng nồng độ của H2SO4 qua một trị số xác định.

4.Quá trình phụ khi nitro hóa :

Ngoài những sản phẩm chính của phản ứng nitro hóa là hợp chất nitro ra, còn thấy tạo thành một số sản phẩm phụ ở những điều kiện nitro hóa khác nhau. Những sản phẩm ấy đƣợc tạo ra do kết quả tham gia đồng thời của nhóm oxy và nhóm nitro. Titop nhận thấy khi nitro hóa benzen tạo thành dinitrophenol và axit picric.

Cơ chế phản ứng tạo thành các sản phẩm phụ chƣa đƣợc rõ ràng. Ngƣời ta giả định rằng trƣớc tiên đính nhóm oxy vào hợp chất (tuân theo quy luật thế thông thƣờng) rồi tiếp tục nitro hóa hợp chất oxy. Nhóm oxy đƣợc tạo ra không phải là do nitơ của tác nhân nitro hóa mà là do oxy mang điện tích dƣơng tác dụng với hợp chất thơm. Từ nitro benzen trƣớc tiên tạo thành meta- nitrophenol sau đó biến thành 2, 3, 4, 6 tetra- nitrophenol. Trong hợp chất nitro này nhóm nitro ở vị trí 3 rất linh động và khi thế nó bằng nhóm oxy thì tạo thành axit stipninoic. Việc tạo thành axit stipninoic cũng không liên quan đến sự có mặt của HNO2. Axit stipninoic cũng đƣợc tạo ra từ sulfo tƣơng tự nhƣ thế (tách nhóm ArSO2).

Theo Titop sự tạo thành sản phẩm phụ của hợp chất nitro xảy ra qua giai đoạn tạo thành hợp chất nitrozo, nhận đƣợc từ hợp chất thơm do tác dụng của cation NO+ (từ O=N-SO3H) hay dạng nitrat nitrozyl của dioxyt nitơ

O = N – O – N

Về sau trong điều kiện nitro hoá hợp chất nitrozo chuyển thành hợp chất diazo rồi thành hợp chất oxy, cũng có thể bị chuyển nhóm đặc biệt để tạo thành para- nitrophenol. Sau đó phenol, cũng nhƣ para- nitrophenol bị nitro hoá đến hợp chất polynitro.

Cơ chế phản ứng này giải thích rõ sự tạo thành dẫn xuất của phenol; meta crezol và meta clorphenol từ benzen, toluen và clorbenzen , cũng nhƣ 2,4,6 dinitro naphtol từ naphten .

5.Những yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình nitro hoá:

a.Ảnh hưởng của lượng axit HNO3.

Khi nitro hoá bằng hỗn hợp axit nitric và sulfuric nếu tăng lƣợng benzen (nhiều hơn lƣợng HNO3) thì phản ứng nitro hoá sẽ chậm lại, hiệu suất phản ứng giảm đi và còn dƣ một lƣợng lớn benzen, nhƣng nếu tăng lƣợng HNO3 trong hỗn hợp thì lại có tác dụng ngƣợc lại.

Thực nghiệm nghiên cứu về phản ứng nitro hoá thấy rằng nếu lúc này lấy một lƣợng tƣơng đƣơng 100 phần trọng lƣợng HNO3 và 100 phần trọng lƣợng benzen thì hiệu suất phản ứng đạt đƣợc 80% so với benzen. Nếu lấy 150 phần benzen các thông số khác giữ nguyên thì hiệu suất phản ứng chỉ đạt đƣợc 20%. Còn khi lấy 50 phần benzen thì hiệu suất lại tăng đến 90%. Do vậy khi tăng lƣợng HNO3 thì có lợi cho phản ứng , vì tạo ra nhiều ion nitroni , làm tăng các hiệu suất, ngƣợc lại khi giảm lƣợng HNO3 hiệu suất phản ứng sẽ giảm và lƣợng benzen không phản ứng sẽ tăng lên.

b.Ảnh hưởng của nồng độ axit H2SO4.

Phản ứng nitro hoá là phản ứng sinh ra nƣớc, nếu không có chất hút nƣớc thì nồng độ HNO3 sẽ giảm đi và do vậy đến một lúc nào đó phản ứng dừng lại với một nồng độ của HNO3 xác định. Mặt khác khi HNO3 loãng, ở nhiệt độ cao , quá trình oxy hoá lại mãnh liệt hơn nitro hoá. Axit H2SO4 là chất hút nƣớc mạnh , nên nó đƣợc dùng làm tác nhân hút nƣớc trong quá trình nitro hoá. Nƣớc sinh ra trong quá trình tiến hành nitro hoá và nƣớc có sẵn trong HNO3 sẽ liên kết với axit H2SO4 dƣới dạng: H2SO4. x H2O. Vì vậy nồng độ H2SO4 ảnh hƣởng nhiều đến quá trình nitro hoá. Axit H2SO4 ở một nồng độ thích hợp nào đấy sẽ cho vận tốc nitro hoá cực đại, chính lúc này nó là chất +,vì làm cho năng hoạt động hoá nhân thơm, tăng độ linh động của ion NO2 lƣợng hoạt hoá của phản ứng bấy giờ là nhỏ nhất và phản ứng cho vận tốc cực đại.

Nhƣng ở mỗi nhiệt độ khác nhau , vận tốc phản ứng lại cực đại với nồng độ H2SO4 khác nhau. Ví dụ: nitro hoá benzen với vận tốc cực đại khi tiến hành ở 250C và nồng độ H2SO4 là 89,9%. Vận tốc sẽ giảm đi 2 lần khi nồng độ H2SO4 là 95% và 3000 lần khi nồng độ H2SO4 là 80%.

Dƣới đây là đồ thị thực nghiệm của Mactixen về sự phụ thuộc của hằng số vận tốc phản ứng (K) vào nồng độ H2SO4 và nhiệt độ.

3,22 K ở 250C k

Hàm lƣợng H2O trên 1 mol H2SO4

0,03 1,50

0,63 3,22

01,03 0,18

Số mol H2O/số mol H2SO4

Nhìn biểu đồ trên ta thấy: ở khoảng cực đại của hằng số vận tốc, axit H2SO4 đóng vai trò xúc tác dƣơng cho quá trình nitro hoá nghĩa là tác dụng hút nƣớc và tăng hoạt tính của HNO3 lên cao nhất.

c Ảnh hưởng của nhiệt độ nitro hoá:

Qua thực nghiệm thấy rằng khi tăng nhiệt độ lên 100C thì vận tốc phản ứng nitro hoá sẽ tăng lên từ 2- 3 lần. Thật vậy, ở nhiệt độ 860C (nhiệt độ sôi của HNO3) thì HNO3 bắt đầu bị phân huỷ theo phản ứng:

2 HNO3  NO2 + NO + O2 + H2O

Nhƣ thế sẽ tốn nhiều axit, mất tác nhân HNO3,và các khí NO, NO2 bay ra gây độc cho sản xuất và có khi gây nổ. Còn O2 gây ra phản ứng oxy hoá với sản phẩm hay chất đƣợc nitro hoá cho ta nhiều sản phẩm phụ và làm bẩn sản phẩm nitro. Mặt khác ở nhiệt độ cao còn cho nhiều polynitro là sản phẩm ta không mong muốn.

Quá trình nitro hoá cũng không nên tiến hành ở nhiệt độ thấp quá vì ở nhiệt độ thấp sản phẩm có thể kết tinh lại, khối phản ứng đóng quánh và đóng trên bề mặt truyền nhiệt một lớp cao cản trở cho quá trình trao đổi nhiệt, kéo dài thời gian nitro hoá khối phản ứng không đồng đều, sản phẩm không đồng nhất.

Thực tế quá trình nitro hoá tốt nhất ở trong khoảng nhiệt độ từ 40 đến 600C. Nitro hoá hydrocacbon ở thể khí từ 30 đến 700C. Để đảm bảo nhiệt độ phản ứng cần phải tiến hành làm lạnh thiết bị với bề mặt truyền nhiệt thích hợp. Có thể dùng các tác nhân làm lạnh khác nhau nhƣ muối, nƣớc đá ...

d.Ảnh hưởng của nhóm thế lên quá trình nitro hoá của hợp chất đã thế rồi:

Ảnh hƣởng nhóm thế lên quá trình nitro hoá cũng là điều quan trọng, dƣới đây ta xét một số nhóm cơ bản:

- Nhóm nitro (-NO2) có tác dụng kìm hãm quá trình ảnh hƣởng của nhóm NO2 rất lớn, nitro hoá tiếp về sau sẽ giảm đi 105107 lần về vận tốc phản ứng nitro hoá.

- Nhóm cacboxyl (-COOH) có tác dụng kìm hãm quá trình.

So sánh nitro hoá để tạo ra nitrobenzen và nitro hoá axit benzoic qua thực nghiệm thấy: vận tốc phản ứng đƣa nhóm NO2 vào vị trí octo đối với nhóm cacboxyl giảm đi 0,3.105 lần so với nitro hoá benzen để tạo thành nitro benzen, vận tốc phản ứng đƣa nhóm NO2 vào vị trí para hoặc meta giảm đi 1,5.105 lần.

- Nhóm sulfo (-SO3H) có tác dụng kìm hãm lớn hơn nhóm cacboxyl gấp

4 lần, nhƣng khó hơn nhóm nitro (NO2) đến 17 lần.

- Nhóm halogen (-Br, -Cl ). Khi nitro hoá clobenzen thì đƣa nhóm nitro

vào vị trí octo sẽ dễ dàng hơn vào vị trí para và meta.

- Nhóm metyl làm tăng nhanh vận tốc nitro hoá.

- Nhóm metoxyl (-OCH3) càng tăng nhanh vận tốc phản ứng nitro hoá

hơn nhóm metyl.

- Nhóm etoxyl (-OC2H5) làm tăng nhanh vận tốc nitro hoá hơn nhóm

metoxyl.

- Nhóm hydroxyl (-OH) làm tăng nhanh vận tốc nitro hoá hơn cả.

Qua thực nghiệm ngƣời ta sắp xếp thành bảng sau:

NO2 > SO3H > COOH > Cl > CH3 < OCH3 < OC2H5 < OH

Chậm dần Mạnh dần

e.Ảnh hưởng của sự khuấy trộn và làm lạnh đến quá trình nitro hoá:

Phản ứng nitro hoá thƣờng tiến hành ở hai pha, nếu không khuấy trộn đều thì vận tốc phản ứng rất nhỏ, vì bề mặt tiếp xúc của hai pha nhỏ hạn chế nhiều khả năng phản ứng của hỗn hợp axit. Phản ứng hầu nhƣ chỉ xảy ra trong lớp axit còn ở lớp hữu cơ xảy ra không đáng kể. Chính vì vậy nếu không khuấy trộn thật đều sẽ gây ra hiện tƣợng phân tầng và phản ứng nitro hoá chỉ tiến hành ở bề mặt phân lớp, bề mặt càng lớn phản ứng tiến hành càng tốt. Vận tốc phản ứng phụ thuộc vào vận tốc khuếch tán cấu tử phản ứng từ trong thể tích

tới bề mặt phản ứng và khuếch tán sản phẩm ra khỏi bề mặt phản ứng. Để tăng cƣờng khuếch tán ta phải tăng cƣờng khuấy trộn. Mặt khác khuấy trộn đều còn làm cho truyền nhiệt sẽ nhanh hơn, tránh đƣợc quá nhiệt cục bộ, khuấy trộn phải đi đôi với làm lạnh, mức độ làm lạnh còn quyết định hiệu suất phản ứng và năng suất thiết bị. Tuỳ theo nhiệt độ phản ứng cần duy trì (đối với chất đƣợc nitro hoá khác nhau) mà chọn tác nhân làm lạnh và máy làm lạnh khác nhau cho thích hợp.

III.Kỹ thuật tiến hành phản ứng nitro hoá :

1.Thiết bị nitro hoá:

Nitro hoá thƣờng tiến hành trong thiết bị bằng gang hoặc thép chịu axit hay bằng thép không rỉ, có lắp thêm máy khuấy, có áo bọc ngoài và ống xoắn làm lạnh bên trong để tăng cƣờng bề mặt trao đổi nhiệt. khi nitro hoá bằng axít nitric loãng thì tiến hành trong thiết bị bằng sành hay trong thiết bị tráng men hoặc làm bằng thép không gỉ và bằng thép pha kim loại quí. Thể tích của thiết bị nitro hoá trong giới hạn từ 50 lít đến 3.5m3 tuỳ theo năng suất mà ta chọn cho thích hợp . Trong phạm vi sản xuất lớn hơn ( 2 đến 3 tấn sản phẩm nitro trong một ngày đêm hoặc lớn hơn ).

Ví dụ: Hình 1: Thiết bị nitro hoá làm vịêc gián đoạn:

Ghi chú :

1.Thân thiết bị

2. Vỏ bọc ngoài 5. Cánh khuấy ;

3. ống cho nguyên liệu vào 6. Máy khuấy ;

4. ống xoắn làm lạnh 7. ống tháo sản phẩm ra . ;

Khi sản xuất nitro năng suất lớn thì thƣờng dùng loại thiết bị làm việc

liên tục có lợi hơn. Có cấu tạo thiết bị nitro hoá nhƣ sau:(hình 2).

Ghi chú :

1. Thân thiết bị ; 4.Vỏ bọc ngoài để làm lạnh

2.Bộ tạo khuyấch tán ; 3,5. Cánh khuấy và máy khuấy

Ngoài ra ngƣời ta còn dùng một số loại thiết bị nitro hoá benzen nhƣ:

Thiết bị Nitrator Smit-ta (hình 3) .

Thiết bị Nitrator Bia-xi (hình 4):

+Ƣu điểm của hai loại thiết bị trên là khoấy và làm lạnh rất tốt , đảm bảo đƣợc hiệu suất của phản ứng , tránh tích nhiệt cục bộ và tháo đƣợc hoàn toàn sản phẩm ra ngoài.

Ví dụ: Hiệu suất của nitrobenzen thu đƣợc khi tiến hành trong thiết bị của Bia-xi đạt đƣợc 98.4% so với lý thuyết.

2.Chuẩn bị hỗn hợp nitro hoá:

Hỗn hợp nitro hoá đƣợc điều chế bằng phƣơng pháp pha trộn những lƣợng HNO3 và H2SO4 theo nhƣ đã tính khả năng nitro hoá của hỗn hợp axit

ban đầu đƣợc quyết định bởi tỷ lệ nồng độ HNO3, H2SO4 và H2O. Ngƣời ta đánh giá khả năng này bằng đại lƣợng hoạt động nitro hoá ký hiệu là NF.

NF =

Trong đó:

C : Nồng độ của axit H2SO4 trong hỗn hợp nitro hoá (% khối lƣợng).

H2S O4 : Nồng độ của axit H2SO4 trong hỗn hợp nitro hoá (% khối lƣợng).

Đối với một loại chất thơm đều có một giá trị NF tới hạn. Giá trị này càng cao nếu khả năng phản ứng của hợp chất đó càng thấp và ngƣợc lại.

Khi tiến hành điều chế hỗn hợp nitro hoá có sử dụng axit làm việc thì lƣợng axit HNO3 vẫn lấy xấp xỉ bằng lƣợng đã tính toán theo lý thuyết. Còn lƣợng axit H2SO4 tính theo nồng độ axit đã làm việc. Nồng độ axit đã làm việc đƣợc đặc trƣng bởi khả năng dehydrat ký hiệu DC.

DC = H2SO4/HNO3

Khả năng hydrat là tỷ lệ giữa lƣợng H2SO4 còn trong axit làm việc và lƣợng nƣớc (bao gồm cả nƣớc nitro trong axit và nƣớc tạo thành trong phản ứng). Hiệu suất quá trình phụ thuộc vào DC. Đối với mỗi chất có giá trị DC đặc trƣng cho khả năng nitro hoá của nó. Hợp chất càng khó nitro hoá thì DC càng cao và ngƣợc lại.

Trong khi điều chế hỗn hợp nitro hoá tuỳ theo phạm sản xuất lớn hay nhỏ mà sử dụng những sơ đồ điều chế khác nhau. Có hai sơ đồ điều chế hỗn hợp nitro hoá thông dụng nhất hiện nay là sơ đồ trong phạm vi sản xuất với năng suất lớn và sơ đồ trong phạm vi sản xuất với năng suất không lớn.Đối với sơ đồ điều chế hỗn hợp nitro hoá trong phạm vi sản xuất với năng suất không lớn, sơ đồ tiến hành nhƣ sau:(hình 5)

Hình 5: Sơ đồ điều chế hổn hợp nitro hóa trong phạm vi sản xuất không lớn.

Axit sulfuric đặc, axit nitric hay hỗn hợp melanzơ và nƣớc hoặc axit đã làm việc từ các thùng chứa (1) đƣợc đƣa lên thùng lƣờng (2) nhờ không khí nén, sau đó từ các thùng lƣờng này axit sulfuric đặc, axit nitric hay hỗn hợp

melanzơ và nƣớc hoặc axit đã làm việc đi vào thiết bị (4) theo đúng các tỷ lệ đã tính toán. Trong thiết bị khuấy trộn (4) có máy khuấy và vỏ làm lạnh. Máy khuấy làm việc liên tục để đảm bảo độ đồng đều và phân bố nhiệt tốt trong toàn bộ hỗn hợp. Quá trình trộn toả nhiệt mạnh nên phải dùng nƣớc lạnh để làm lạnh. Sau hơn 1 giờ, quá trình trộn xong, hỗn hợp chảy vào thùng chứa (3) và đƣợc đƣa vào quá trình nitro hoá nhờ không khí nén.

Đối với sơ đồ điều chế hỗn hợp nitro hoá trong phạm vi sản xuất với năng suất lớn, sơ đồ tiến hành nhƣ sau (hình 6 ):

Hình 6: Sơ đồ điều chế hổn hợp nitro hoá trong phạm vi sản xuất với

năng suất lớn:

Axit sulfuric đặc, axit nitric hay hỗn hợp melanzơ và nƣớc hoặc axit đã làm việc từ các thùng chứa (1) đƣợc đƣa lên thùng lƣờng (2) nhờ bơm li tâm chịu axit melanzơ và nƣớc hoặc axit đã làm việc chảy vào thùng chứa hỗn hợp nitro hoá (3) theo đúng tỷ lệ đã tính toán. Từ thùng chứa (3) hỗn hợp dung dịch axit này đƣợc bơm tuần hoàn (5) bơm liên tục nhiều lần qua thiết bị làm lạnh (6) rồi trở về thùng chứa (3). Quá trình bơm nhiều lần này làm cho hỗn hợp dung dịch trộn lẫn với nhau tạo nên hỗn hợp nitro hoá. Sau đó hỗn hợp nitro hoá đƣợc đƣa vào thiết bị nitro hoá nhờ bơm (5).

3.Sản xuất những hợp chất nitro.

Quá trình sản xuất những hợp chất nitro đƣợc tiến hành theo sơ đồ chung sau đây: Nguyên liệu ban đầu tham gia phản ứng nitro hoá với hỗn hợp axit. Sau đó đƣa vào thùng lắng. Axit đã dùng nằm ở lớp dƣới (hoà tan: 0,5  3% sản phẩm nitro) còn lớp trên là sản phẩm nitro lỏng chứa một ít axit H2SO4 và axit HNO3 ở dạng hoà tan hoặc nhũ tƣơng. Để trích ly một phần lớn sản phẩm nitro hoà tan ra khỏi axit đã dùng ngƣời ta thƣờng dùng nguyên liệu ban đầu để trích ly.

Sau khi trích ly axít đã dùng đi vào thùng chứa, từ đó một phần axit quay trở lại chế tạo hỗn hợp axit, phần còn lại đƣợc chuyển đến quá trình khử và cô đặc. Kết quả là hoàn lại đƣợc phần axit nitric chƣa phản ứng và hầu hết axit sulfuric.Sản phẩm nitro axit đem rửa bằng nƣớc và dung dịch Na2CO3 sau đó chƣng cất bằng hơi nƣớc ta thu đƣợc sản phẩm nitro nguyên chất (hình 7)

Hình 7: Sơ đồ sản xuất những hợp chất nitro.

IV.Sản xuất nitrobenzen :

Quá trình sản xuất nitrobenzen qua một số giai đoạn chính sau:

- Chuẩn bị hỗn hợp axit.

- Nitro hoá benzen.

- Tách sản phẩm nitrobenzen và axit dƣ.

- Rửa sản phẩm và trung hoà sản phẩm.

- Lắng axit đã dùng.

- Trích ly nitrobenzen trong axit đã dùng bằng benzen.

Trong công nghiệp sản xuất: Nitrobenzen có thể tiến hành bằng phƣơng pháp gián đoạn hay liên tục.

1.Sơ đồ sản xuất nitrobenzen bằng phương pháp liên tục hai bậc:

Cho benzen lẫn nitrobenzen và hỗn hợp axit chứa 25% HNO3 (theo trọng lƣợng) vào thiết bị (1). Nitro hoá tiến hành từ 3 đến 10 phút ở nhiệt độ 46- 97,50C. Sau đó chảy sang thiết bị phân ly (2), phân chia thành 2 lớp. Lớp trên là nitrobenzen chảy sang thiết bị (3) rửa bằng nƣớc , rồi chuyển sang thiết bị phân ly (4). Lớp dƣới là nitrobenzen tiếp tục đem đi điều chế anilin (hoặc cho vào kho) còn lớp nƣớc ở trên bơm quay lại thiết bị rửa (3).

Lớp axit lắng ở dƣới thiết bị phân ly (2) chảy vào thiết bị nitro hoá (nitrator) tác dụng liên tục bậc hai (5), đồng thời cho benzen nguyên chất vào trộn lẫn với lớp axit đó. Nhũ hoá của benzen và axit đã dùng từ thiết bị (5) chảy xuống thiết bị phân ly (6), phân ly thành 2 lớp, lớp trên là hỗn hợp benzen và nitrobenzen, đƣợc bơm lên thiết bị nitro hoá tác dụng liên tục (1), còn lớp dƣới là axit đã dùng đem đi cô đặc và tái sinh hỗn hợp axit.

Trong thiết bị (5) không chỉ sử dụng hoàn toàn axit nitric dƣ ở trên mà còn có nhiệm vụ trích ly nitrobenzen ra khỏi axit đã dùng. Hiệu suất nitrobenzen đạt đƣợc là 99% so với lý thuyết.(hình 8):

Hình 8:Sơ đồ sản xuất nitrobenzen theo phƣơng pháp liên tục hai bậc:

2.Sơ đồ nitro hoá benzen theo Katner.(hình 9):

Phản ứng nitro hoá benzen tiến hành trong 10 phút. Nhiệt phản ứng đƣợc dùng để đun nóng khối phản ứng. Kết thúc quá trình nitro hoá, nitrobenzen đƣợc lấy ra, còn axit đã dùng nồng độ 72% cho chảy xuống thùng chứa (đƣợc đun nóng) (8), rồi hút chân không đƣa lên thiết bị bốc hơi (9). Ở thiết bị bốc hơi khi áp suất 35mmHg nƣớc cùng với nitrobenzen đƣợc tách ra khỏi axit sunlfuric, ngƣng tụ lại trong thiết bị ngƣng (10).

Sự bốc hơi xảy ra căn bản là do làm lạnh axit đã dùng nghĩa là nhờ nhiệt phản ứng nitro hoá. Trong thiết bị bốc hơi axit sulfuric ngƣng lại đƣợc từ 72- 75% H2SO4 chảy xuống thùng cao vị (7) và chảy vào nitrator (1), (2), (3), (4).

Trong mỗi một nồi nitro hoá xảy ra 4 quá trình (trộn axit, nitro hoá, lắng và phân riêng). Chuyển pha theo thời gian tạo thành một dòng liên tục.

Hình 9: Sơ đồ sản xuất nitrobenzen theo phƣơng pháp Katner:

3.Sơ đồ sản xuất nitrobenzen của Nga:(hình 10):

Benzen, hỗn hợp axit và axit đã dùng cho vào vào nồi nitrator (1). Ngƣời ta điều chỉnh tự động lƣợng benzen và hỗn hợp axit cho vào theo tỷ lệ đã cho, còn lƣợng axit đã dùng điều chỉnh theo nhiệt độ trong nồi nitrotor. (Trong nồi nitrotor (1) có ống xoắn bên trong làm lạnh bằng nƣớc, có bộ phận khuếch tán đối lƣu, có máy khuấy 350 vòng/phút). Sau đó khối phản ứng từ nồi nitrotor (1) đƣợc bơm sang thiết bị làm lạnh kiểu xoắn ốc (6) và (7). Ở thiết bị làm lạnh (6) tiến hành nitro hoá nốt nghĩa là chuyển hoá hoàn toàn axit nitric chứa trong axit đã dùng, còn trong thiết bị (7) khối phản ứng đƣợc làm lạnh đến 300C rồi đƣa lên thiết bị phân ly (8), chia thành 2 lớp nitrobenzen và axit đã dùng. Nitrobenzen tiếp tục đem đi rửa và trung hoà, còn axit đã dùng đƣợc quay lại thùng lƣờng (4) để tiếp tục nitro hoá.

Trong nitrator tiêu tốn gần 90% axit nitric (chứa ở trong hỗn hợp axit) còn trong thiết bị làm lạnh (6) tiêu tốn 9-9,5% axit nitric. Tách nitrobenzen từ axit

đã dùng xảy ra nhanh và có hiệu quả do tỷ trọng khác nhau nhiều (1,2 và 1,6g/cm3). Tốc độ rơi nhỏ nhất của axit đã dùng khi phân phối vào nhũ tƣơng là 2mm/giây, ứng với thời gian phân lớp cực tiểu là 5 phút. Những thùng lắng loại nằm ngang có hiệu quả lớn nhất.(hình 10 ).

Ghi chú :

1.Thiết bị nitro hoá. ; 9.Thùng chứa hổn hợp axit đã dùng

2.Thùng lƣờng benzen ; 12.Thiết bị điều chỉnh tỷ lệ .

3.Thùng chứa hổn hợp axit ; 13.Thiết bị điều chỉnh nhiệt độ .

4.Thùng lƣờng hổn hợp axit đã dùng ; 14.Thiết bị khuấy trộn

6,7.Thiết bị làm lạnh. ; 15.Thùng lƣờng benzen.

8.Thiết bị phân ly . ; 5 , 10 , 11.Bơm .

4.Sơ đồ sản xuất nitrobenzen theo phƣơng phá liên tục. (hình 11): Nguyên tắc hoạt động nhƣ sau:

Hỗn hợp melanzơ, axit sunfuric, axit đã làm việc đƣợc cho vào các thùng lƣờng (1), (2), (3). Tại đây các nguyên liệu này đƣợc lƣờng đúng tỷ lệ tính toán, rồi cho vào thiết bị trộn (4), trong thiết bị này có máy khuấy và vỏ bọc ngoài làm lạnh (do quá trình toả nhiệt mạnh ) , sau thời gian tạo hỗn hợp nitro hoá, hỗn hợp nitro hoá này đƣợc cho vào thùng chứa (6) và đƣợc bơm vào thiết bị nitro hoá (7) , đồng thời nguyên liệu benzen thô từ thùng chứa (8) cũng đƣợc bơm vào thiết bị nitro hoá này, thiết bị này có ống xoắn ruột gà để làm lạnh và có vỏ bọc ngoài để đun nóng, tác nhân nitro hoá đƣợc cho vào với lƣu lƣợng điều chỉnh thích hợp . Ngƣời ta khống chế nhiệt độ khối phản ứng lúc ban đầu ở 400C bằng cách dùng nƣớc lạnh để làm lạnh, máy khuấy làm việc liên tục, sau đó nâng dần nhiệt độ khối phản ứng lên 500C, sau thời gian hỗn hợp phản ứng này đƣợc đƣa sang thiết bị nitro hoá hoàn toàn (9) nhờ máy nén khí . Thiết bị này không có làm lạnh chỉ có máy khuấy, tại đây hỗn hợp đƣợc nitro hoá hoàn toàn. Sau đó khối phản ứng đƣợc làm lạnh trong thiết bị ống xoắn (10) đến nhiệt độ thƣờng ( nƣớc lạnh đi ngoài ống, khối phản ứng đi trong ống) tiếp theo khối phản ứng đi vào thiết bị lắng (11). Do trọng lƣợng riêng khác nhau ( nitrobenzen có khối lƣợng riêng = 1,2 g/ cm3 , hỗn hợp axit có khối lƣợng riêng = 1,6 g/ cm3) nên ở thiết bị nàyhỗn hợp đƣợc phân chia thành hai lớp. Lớp trên là nitrobenzen đƣợc đƣa liên tục vào thiết bị trung hoà bằng dung dịch Na2CO3 (12) sau đó qua thiết bị rửa bằng nƣớc (15). Hai thiết bị này là tháp đệm , làm việc theo nguyên tắc cùng chiều và liên tục, nitrobenzen tiếp xúc đầu tiên với dung dịch Na2CO3 loãng 6% trong tháp (12), sau đó đƣa sang thiết bị phân riêng (13). Tại thiết bị này hỗn hợp phân thành hai lớp. Lớp trên là dung dịch sau khi trung hoà đƣợc đƣa vào thùng chứa. Lớp dƣới là nitrobenzen, một ít axit và benzen đƣa sang thiết bị rửa bằng nƣớc (15), sau đó toàn bộ hỗn hợp này đƣa sang thiết bị phân riêng (13), tại thiết bị này phân thành hai lớp. Lớp trên là dung dịch sau khi rửa đƣa sang thùng chứa. Lớp dƣới là nitrrobenzen thô đƣợc đƣa vào thùng chứa (16) rồi bơm sang tháp tinh luyện ( 17) , tại đây phần nhẹ là nitrrobenzen bay lên trên đỉnh tháp sau đó làm lạnh , ngƣng tụ trong thiết bị làm lạnh, ngƣng tụ (19), một phần hồi lƣu trở lại đỉnh tháp, một phần cho vào bể chứa. Khi đó thu đƣợc sản phẩm nitrobenzen tinh khiết. Các sản phẩm phụ đƣợc lấy ra từ đáy tháp. Tại thiết bị lắng (11), phần nặng là hỗn hợp axit đã làm việc đƣợc đƣa vào thiết bị phân riêng (13), tại đây phần khí thu hồi bay lên trên, phần lỏng là hỗn hợp axit đã làm việc cho vào thùng chứa (20), sau đó bơm sang thiết bị khuấy trộn (21) , đồng thời nguyên liệu benzen thô cũng đƣợc cho vào thiết bị

khuấy trộn này, tại đây hỗn hợp đƣợc khuấy trộn mạnh, do một ít nitrobenzen , benzen còn trong axit đã dùng tan hoàn toàn vào benzen thô, toàn bộ hỗn hợp này đƣa sang thiết bị phân riêng (13), tại đây phân thành hai lớp. Lớp trên là nitrobenzen và benzen đƣợc đƣa vào thiết bị nitro hoá trở lại. Còn lớp dƣới là hỗn hợp axit có chứa khoảng 70 – 72 % H2SO4 , một phần nhỏ HNO3 và một ít sản phẩm oxy hoá đƣợc đƣa vào thùng chứa. Tại đây một phần đƣợc bơm quay trở lại thùng lƣờng (3) để tạo hỗn hợp nitro hoá, một phần đem đi khử và cô đặc axit.

5.Sơ đồ sản xuất nitrobenzen bằng phƣơng pháp gián đoạn:(hình 12):

Hình 12 : Sơ đồ sản xuất nitrobenzen theo phương pháp gián đoạn :

Ghi chú:

1 , 2 , 3.Thùng lƣờng H2SO4 , HNO3 , H2O .

4 ,5 .Thùng lƣờng hổn hợp axit , benzen .

5.Thiết bị trộn hổn hợp axit .

7.Thiết bị nitro hoá .

8.Thiết bị làm lạnh .

9.Thiết bị phân riêng .

10.Thiết bị rửa và trung hoà .

11.Thùng chứa sản phẩm nitrobenzen .

12.Thùng lƣờng dung dịch NaOH để trung hoà .

13.Thùng chứa hổn hợp axit đã làm việc .

14. Thùng lƣờng hổn hợp axit đã làm việc .

15. Thiết bị trích ly .

Nguyên tắc hoạt động nhƣ sau:

Cho benzen vào thiết bị nitro hoá (1) sau đó mở máy khuấy, đun nóng benzen đến 40-450C và cho dần dần hỗn hợp nitro hoá vào. Điều chỉnh tốc độ cho tác nhân và khống chế nhiệt độ của khối phản ứng ở nhiệt độ 400C (dùng nƣớc làm lạnh). Khi cho hết hỗn hợp nitro hoá vào thiết bị theo tỷ lệ ta ngừng làm lạnh, máy khuấy vẫn làm việc và nâng dần nhiệt độ lên đến 500C. Ở nhiệt độ này duy trì phản ứng khoảng một giờ nữa, trong thời gian này phản ứng nitro hoá hầu nhƣ hoàn toàn kết thúc còn lại khoảng 1% benzen không phản ứng . Sau đó đƣa khối phản ứng lên thiết bị làm lạnh (8) dến nhiệt độ thƣờng rồi chảy xuống thiết bị phân riêng .Do có sự chênh lệch về khối luợng riêng nên khối phản ứng phân chia thành hai lớp . Lớp trên là nitrobenzen , axít chảy liên tục xuống thiết bị rửa và trung hoà (10) . Thiết bị này làm việc theo nguyên tắc cùng chều và liên tục . Sản phảm nitrobenzen có độ axít nhỏ sẽ bị trung hoà bởi dung dịch kiềm Na2CO3 , sau đó qua tháp rửa bằng nƣớc sạch .Sau khi rửa xong ta thu đƣợc nitrobenzen kỹ thuật và đƣa về kho chứa.

Còn lớp dƣới là axít đã dùng có chứa khoảng 70 đến 72% H2SO4 ,một ít sản phẩm oxyhoá , oxytnitơ, nitrobenzen ở dạng hoà tan hay ở dạng nhủ tƣơng đƣợc chảy xuống thùng chứa (13) rồi bơm lên thùng lƣờng (14)

Axít có chứa một ít nitrobenzen nên cần phải trích ly ra khỏi axít đã dùng trƣớc khi đem qua cô đặc . Dùng benzen tinh khiết để trích ly nitrobenzen ra khỏi axít đã dùng ( vì nitrobenzen hoà tan trong benzen ) .Từ thùng lƣờng 14, 15, benzen và axít đả dùng liên tục chảy vào thiết bị trích ly (16) rồi xuống thiết bị phân riêng (17) do trọng lƣợng khác nhau nên nitrobenzen và benzen đƣợc tách ra khỏi axít đã dùng . Ở phần dƣới thiết bị phân riêng chảy về thùng chứa rồi đem cô đặc hoặc pha trộn với nitro hoá.

Thành phần của nitrobenzeb kỹ thuật nhận đƣợc nhƣ sau:

Nitrobenzen: 98.5%.

Benzen: 0.9%.

Nƣớc: 0.5%.

Dinitrobenzen không lớn hơn: 0.1%.

Qua quá trình so sánh thì sơ đồ sản xuất nitrobenzen theo phƣơng pháp liên tục có nhiều ƣu điểm nhƣ : năng suất thiết bị lớn, an toàn, hiệu suất thu đƣợc sản phẩm nitrobenzen cao (nitrobenzen có nồng độ 99%), dễ cơ khí hoá và tự động hoá, tình trạng sản xuất ổn định. Do đó sơ đồ này đƣợc lựa chọn trong đồ án này.

PHẦN II. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

Chƣơng I: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ CÂN BẰNG NHIỆT LƢỢNG A.Tính cân bằng vật chất: _Thiết kế phân xƣởng sản xuất nitrobenzen với năng suất 45000 tấn/ năm. *Các số liệu ban đầu nhƣ sau: +Benzen kỹ thuật ( C6H6 ) : 98% ; Tạp chất : 2%. +Axit sunfurric ( H2SO4) : 96% . +Hổn hợp melanzơ có thành phần nhƣ sau : * Axit nitric ( HNO3 ) : 89%.

* Axit sunfurric ( H2SO4 ) : 7,5%. * Nƣớc ( H2O ) : 3,5%. + Dung dịch Na2CO3 6% . + Hiệu suất các giai đoạn :

* Hiệu suất chung của quá trình : 91,75%. * Hiệu suất giai đoạn nitro hoá : 98,8%. * Hiệu suất giai đoạn lắng : 98% * Hiệu suất giai đoạn trung hoà : 98%. * Hiệu suất giai đoạn rửa : 96,7%. + Nitrobenzen thu đƣợc từ quá trình có nồng độ : 99%.

*Sản phẩm nitrobenzen (NB) thu đƣợc trong một giờ là :

Nhà máy hoạt động 340 ngày trong một năm ( còn lại 25 ngày dùng để tu bổ và sửa chửa định kỳ ).

45000.000 N= = 5514,706 kg/h. 340 x 24

C6H5NO2 + H2O. (I).

Lƣợng sản phẩm nitrobenzen thu đƣợc trong một giờ là: 5514,706 x 0,99 = 5459,559 kg/h. Sản phẩm nitrobenzen tạo thành theo phản ứng sau: C6H6 + HNO3

khối lƣợng phân tử (M) của các chất nhƣ sau : Mbenzen = 78 kg/kmol. ; Mnƣớc = 18kg/kmol. Mnitrobenzen = 123kg/kmol. ; Maxit nitric = 63kg/kmol.

Số mol benzen = số mol nitrobenzen = số mol nƣớc = số mol axit nitric.

G 5459,559 = = 44,386 kmol/h. Mnb 123

Gb 3176,484 = = 3241,310 kg/h. 0,98 0,98

Theo phƣơng trình phản ứng (I) thì: nbenzen= nnƣớc= naxit nitric= nnitrobenzen= Hiệu suất chung của quá trình là: 91,75%. +Lƣợng benzen tinh khiết cần cấp cho quá trình trong một giờ là: Gb= nb x Mb x 0,9175 = 44,386 x 78 x 0,9175 = 3176,484 kg/h . +Lƣợng benzen kỹ thuật (98%) cần dùng cho quá trình : Gbk=

+ Lƣợng tạp chất (2%) có lẫn trong benzen kỹ thuật là: Gtc = 3241,310 – 3176,484 = 64,826 kg/h. +Lƣợng axit nitric cần dùng cho quá trình là: Gaxit nitric= naxit nitric x Maxit nitricx 0,9175 = 44,386 x 63 x 0,9175 = 2565,622 kg/ h.

HNO3 : 32%. H2SO4 : 60%.

Hổn hợp melanzơ cho vào thiết bị nitro hoá gồm :

Gaxit nitric x 7,5 25665,622 x 7,5 = = 216,204 kg/h. 89 89 I.Giai đoạn nitro hoá: 1.Lƣợng vật chất đi vào thiết bị nitro hoá: *Giả sử hổn hợp nitro hoá có thành phần sau : H2O : 8%. *Lƣợng axit nitric cho vào là : 2565,622 kg/h. *Lƣợng axit sunfuric trong hổn hợp melanzơ là: Gaxit sufuric=

*Khối lƣợng nƣớc trong hổn hợp melanzơ là:

Gnƣớc = Gaxit nitric x 3,5 25665,622 x3,5 = = 100,895 kg/h. 89 89

*Giả sử hổn hợp nitro hoá thu đƣợc là (X kg/h).Khi đó tính theo %

Gaxit nitric 2565,622 = = = 8017,568 kg/h. 0,32 0,32 X

8017,568 x 0,6 = 4810,541 kg/h.

8017,568 x 0,08 = 641,405 kg/h. Khối lƣợng axit sunfuric (60%) trong hổn hợp nitro hoá là: Trong đó bao gồm khối lƣợng của dung dịch axit sunfuric (96%) và

4810,541 – 216,204 = 4594,337 kg/h.

Lƣợng axit sunfuric (96%) đƣa vào thiết bị nitro hoá là :

Gaxit sunfuric (96%)

khối lƣợng của axit nitric trong hổn hợp nitro hoá là: Do vậy khối lƣợng nƣớc (8%)có trong hổn hợp nitro hoá là: lƣợng dung dịch axit sunfuric có trong hổn hợp melanzơ. Do vậy lƣợng axit sunfuric đƣa vào là: Gaxit sunfuric = = 4785,767kg/h 0,96

Khối lƣợng nƣớc (4%) đi kèm trong axit sunfuric (96%) là: 4785,767 x 0,04 = 191,431 kg/h.

Vậy lƣợng nƣớc cần thiết phải pha vào hổn hợp nitro hoá là: 641,405 - 100,895 - 191,431 = 349,079 kg/h.

Hiệu suất giai đoạn nitro hoá là: 98,8% . Do vậy khối lƣợng

Gnb = nb x Mnb x 0,988 =

3176,484 x 123 x 0,988 = = 4948,962 kg/h. 78

2.Lƣợng vật chất ra khỏi thiết bị nitro hoá : nitrobenzen thu đƣợc là: *Khối lƣợng nƣớc ra khỏi thiết bị nitro hoá : Khối lƣợng nƣớc tạo ra do phản ứng (I) là: Gnb = nb x Mnƣớc x 0,988 3176,484 x 18x 0,988 = = 724,232 kg/h. 78

724,238 + 641,405 = 1365,643 kg/h.

Gaxit nitric (pƣ) = Gaxit nitric x (1- 0,988) = 2565,622 x 0,012 = 30,787 kg/h.

Khối lƣợng nƣớc vào cùng hổn hợp nitro hoá là: 641,405 kg/h.Do vậy tổng lƣợng nƣớc ra khỏi thiết bị nitro hoá là: Khối lƣợng benzen chƣa phản ứng hết là: Gbcpƣ = Gb x (1- 0,988) = 3176,484 x 0,012 = 38,118 kg/h. Khối lƣợng axit nitric chƣa phản ứng hết : Tổng khối lƣợng axit sunfuric (H2SO4 ) : 4810,541 kg/h. Khối lƣợng tạp chất (2%) : 64,826 kg/h. *Bảng cân bằng vật chất giai đoạn nitro hoá:

Lƣợng vào Lƣợng ra

khối lƣợng (kg/h)

khối lƣợng (kg/h) Tên sản phẩm

Tên nguyên liệu (kg/h) khối lƣợng (kg/h) Thành phần (%)

4948,962 43,96 Thành phần (%)

Nitrobenzen

2565,622 216,204 100,895 3176,484 89,0 7,5 3,5 98,0 Benzen 38,118 0,34 Hỗn hợp melanzơ HNO3 H2SO4 H2O Benzen

4594,337 chƣa phản ứng 96,0 Axit 4810,541 42,73

sunfuric

191,431 30,787 0,27

349,079 64,826 1365,643 64,826 12,13 0,57 Axit sunfuric Nƣớc trong axit sunfuric Nƣớc Tạp chất

11258,878 11258,877 100 Tổng cộng 4,0 Axit nitric chƣa phản ứng Nƣớc 2,0 Tạp chất 100 Tổng cộng

II.Giai đoạn lắng: 1.Lƣợng vật chất đi vào thiết bị lắng:

Khối lƣợng hổn hợp phản ứng ra khỏi thiết bị nitro hoá có khối lƣợng

là: 11258,877 kg/h bao gồm các thành phần sau:

+Nitrobenzen : 4948,962 kg/h. + Axit sunfuric : 4810,541 kg/h. + Axit nitric chƣa phản ứng : 30,787 kg/h. + Nƣớc : 1365,643 kg/h. + Benzen chƣa phản ứng : 38,118 kg/h. + Tạp chất : 64,826 kg/h. Dung dịch axit sunfuric đã làm việc có nồng độ :

Gaxit sufuric x 100 4810,541 x 100 = = 77,888 % Gaxit sunfuric + Gnƣớc 4810,541 + 1365,643

* Trong thiết bị lắng khối phản ứng phân thành hai lớp ,phần nhẹ và

Nitrobenzen : 86,5% ; Benzen : 0,68%. Axit nitric : 0,4% ; Dung dịch axit sunfuric : 12,42%.

Phần nhẹ gồm các cấu tử nhƣ sau: *Hiệu suất giai đoạn lắng là : 98%. Nên phần nhẹ gồm có khối lƣợng

+Khối lƣợng của nitrobenzen : 4948,962 x 0,98 = 4849,982 kg/h. +Khối lƣợng của benzen :

4849,982 x 0,68 = 38,127 kg/h. 86,5 2.Lƣợng vật chất ra khỏi thiết bị lắng: phần nặng: các thành phần sau :

+Khối lƣợng axit nitric : +Khối lƣợng axit sunfuric đã làm việc ( H2SO4 và H2O ) :

4849,982 x 12,42 = 696,380 kg/h. 86,5

+Khối lƣợng axit sunfuric đã làm việc bao gồm:

696,380 x 0,77888 = 542,396 kg/h.

696,380 - 542,396 = 153,984 kg/h.

+ Khối lƣợng nƣớc : +Tổng khối lƣợng phần nhẹ : 4849,982 + 38,127 + 22,427 + 542,396 + 153,984 = 5606,916 kg/h.

30,787 – 22,427 = 8,358 kg/h.

+Khối lƣợng nitrobenzen nằm trong axit đã dùng: 4948,962 – 4849,982 = 98,980 kg/h. +Khối lƣợng axit nitric : +Khối lƣợng axit sunfuric : 4810,541 - 542,396 = 4268,142 kg/h. +Khối lƣợng nƣớc : 1365,643 - 153,984 = 1211,656 kg/h. +Khối lƣợng tạp chất : 64,824 kg/h.

98,980 + 8,538 + 4268,142 + 1211,656 + 64,824 = 5651,962 kg/h.

5606,916 + 5651,962 = 11258,878 kg/h.

+ Khối lƣợng axit sunfuric : *Khối lƣợng của phần nặng gồm các thành phần sau: +Tổng khối lƣợng phần nặng : *Tổng khối lƣợng vậtchất đi ra khỏi thiết bị lắng:

Bảng 2: Cân bằng vật chất giai đoạn lắng: L îng L îng ra

Thµnh phÇn( %) Thµnh phÇn(% ) Khèi l îng (kg/h)

Khèi l îng (kg/h)

Tªn s¶n phÈm 43,95 PhÇn nhÑ

42,72 Nitroben 4849,982 vµo Tªn nguyªn liÖu Nitroben zen H2SO4

HNO3 zen H2SO4

N íc 0,27 12,12 HNO3

Benzen Benzen

4948,96 2 4810,54 1 30,787 1365,64 3 38,118

0,34 542,396 22,427 38,127 86,50 9,68 0,36 0,69 T¹p chÊt N íc

64,826 0,58

153,984 2,75 5606,916 100

75,51 Tæng PhÇn nÆng H2SO4

HNO3

Nitroben zen N íc

4268,142 8,358 98,98 1211,656

T¹p chÊt

Tæng 0,15 1,75 21,44 1,15 100

Tæng Tæng

64,824 5651,962 11258,87 8 11258,8 77 100

Ph¶n øng trung hoµ x¶y ra nh sau : H2SO4 + Na2CO3 = NaNO3 + H2O + CO2

Khèi l îng ph©n tö (M) cña c¸c chÊt nh sau: Maxit nitric = 63 kg/kmol ;

Mnatri cacbonat = 106 kg/kmol ; Mnatri

Mnatri sunfat = 142 kg/kmol ; Maxit

Mn íc = 18 kg/kmol.

III.Giai ®o¹n trung hoµ: (2) 2HNO3 + Na2CO3 = Na2SO4 + H2O + CO2 (3) Mc¸cbonic = 44kg/kmol. nitrat = 85 kg/kmol. sunfuric = 98 kg/kmol. 1.L îng vËt chÊt vµo thiÕt bÞ trung hoµ: Khèi l îng cña phÇn nhÑ tõ thiÕt bÞ l¾ng : 5606,916 kg/h.Bao gåm khèi l îng c¸c thµnh phÇn sau:

+Khèi l îng nitrobenzen : 4849,982 kg/h. +Khèi l îng axit sunfuric : 542,396

+Khèi l îng axit nitric : 22,427

+Kh«i l îng benzen : 38,127 kg/h. +Khèi l îng n íc : 153,984 kg/h. Dïng dung dÞch so®a (Na2CO3 6% )lo·ng ®Ó trung

Theo ph ¬ng tr×nh ph¶n øng (2) : sè mol Na2CO3

= 542,396/ 98,0 = 5,534

kg/h. kg/h. hoµ hÕt l îng axit sunfuric vµ axit nitric trong phÇn nhÑ: b»ng sè mol H2SO4 .Tøc lµ: n natri cacbonat = naxit sunfuric = Gaxit sunfuric / Maxit sunfuric kmol/h. Suy ra l îng Na2CO3 tham gia ph¶n øng (2) lµ:

5,534 x 106 = 586,604 kg/h. Theo ph ¬ng tr×nh ph¶n øng (3): sè mol Na2SO4 b»ng 0,5 sè mol HNO3.Tøc lµ : n natri sunfat = 0,5 x n axit nitric = 0,5x G axit nitric / M axit nitric =0,5x 22,427 / 63 = 0,178 kmol/h. Suy ra l îng Na2CO3 tham gia ph¶n øng (3) lµ: 0,178 x 106 = 18,867 kg/h. VËy l îng Na2CO3 tinh khiÕt ®Ó trung hoµ hÕt hæn hîp axit trong phÇn nhÑ lµ: 18,867 + 586,604 = 605,471 kg/h. L îng n íc cã trong dung dÞch Na2CO3 (6%) lµ:

605,471 x 94 / 6 = 9485,715 kg/h Khèi l îng dung dÞch so®a (Na2CO3 6% ) cÇn 605,471 + 9487,715

dïng ®Ó trung hoµ : = 10091,186 kg/h. 2.L îng vËt chÊt ra khái thiÕt bÞ trung hoµ :

HiÖu suÊt giai ®o¹n trung hoµ : 98% .Nªn khèi

Theo ph¶n øng (2) : n axit nitric = n natri nitrat =

l îng nitrobenzen thu ® îc sau khi trung hoµ lµ : 4849,982 x 0,98 = 4752,982 kg/h. 22,427 / 63 = 0,356 kmol/h.

0,356 x Mnatri nitrat =

Suy ra khèi l îng NaNO3 sinh ra sau ph¶n øng trung hoµ lµ : 0,356 x 85 = 30,258 kg/h.

Theo ph¶n øng(3) : n natri sunfat = n axit sunfuric = 542,396 / 98 =5,534 kmol/h. Suy ra khối lƣợng Na2SO4 sinh ra sau phản ứng trung hoà là : 5,534 x Mnatri sunfat = 5,534 x142 = 785,828 kg/h. Khối lƣợng nƣớc sinh ra do hai phản ứng (2) và (3) : 18 x 0,356 / 2 + 18 x 5,534 = 102,816 kg/h. *Sản phẩm trung hoà sau khi để lắng , chúng sẽ phân thành hai lớp , lớp trên là sản phẩm dung dịch trung hoà , lớp dƣới là benzen thô :

- Lớp dƣới bao gồm các thành phần sau : Nitrobenzen thô : 96% ; Na2SO4 : 0,9%. Benzen : 0,5% ; H2O : 2,5%. NaNO3 : 0,1%. + Khối lƣợng benzene : 4752,982 x 0,5 / 96 = 24,755 kg/h. + Khối lƣợng NaNO3 : 4752,982 x 0,1 / 96 = 4,951 kg/h. + Khối lƣợng Na2SO4 : 4752,982 x 0,9 / 96 = 44,559 kg/h. + Khối lƣợng H2O : 4752,982 x 2,5 / 96 = 123,775 kg/h. + Tổng khối lƣợng lớp dƣới: 4752,982 + 24,755 + 4,951 + 44,559 + 123,775 = 4951,022 kg/h.

-Lớp trên bao gồm các thành phần sau:

+ Khối lƣợng nitrobenzen : 4849,982 - 4752,982 = 97,0 kg/h. + Khối lƣợng benzen : 38,127 – 24,755 = 13,372 kg/h. + Khối lƣợng NaNO3 : 30,258 - 4,951 = 25,307 kg/h. + Khối lƣợng Na2SO4 : 785,828 – 44,559 = 741,269 kg/h. + Khối lƣợng H2O :

9485,715 + 153,984 + 102,816 –123,775 = 9618,754 kg/h.

-Theo phản ứng (2) : Số mol CO2 = số mol H2SO4 = 5,534 kmol/h. Suy ra khối lƣợng CO2 sinh ra do phản ứng (2) là: 5,534 x 44 = 243,540 kg/h. -Theo phản ứng (3) : Số mol CO2 = 0,5 x số mol HNO3

= 0,5 x 0,356 = 0,178 kmol/h. Suy ra khối lƣợng CO2 sinh ra do phản ứng (3) là: 0,178 x 44 = 7,832 kg/h. Vậy tổng khối lƣợng CO2 sinh ra là:

243,540 + 7,832 = 251,372 kg/h. + Tổng khối lƣợng lớp trên : 97,0 + 13,372 + 25,307 + 741,269 + 9618,754 +251,372 = 10747,074 kg/h.

*Bảng 3: Cân bằng vật chất cho giai đoạn trung hoà:

Lƣợng vào Tên nguyên liệu Lƣợng ra Tên sản phẩm

Khối lƣợng (kg/h)

Phần trăm (%) 4849,982 30,89 Lớp trên Khối lƣợng (kg/h)

542,396 22,427 38,127 153,984 3,45 Nitrobenzen 0,14 Benzen 0,24 NaNO3 0,98 Na2SO4

97,000 13,372 25,307 741,269 9618,754 Phần trăm (%) 0,91 0,12 0,218 6,91 89,56 10091,186 64,30 H2O

Nitrobenzen H2SO4 HNO3 Benzen H2O Dung dịch Na2CO3(6%)

CO2

Tổng Lớp dƣới Nitrobenzen Benzen NaNO3 Na2SO4 H2O Tổng 15698,102 100 Tổng 251,372 10747,074 4752,982 24,755 4,951 44,559 123,775 4951,022 15698,096 2,31 100 96,00 0,58 0,01 0,91 2,50 100 100 Tổng

IV.Giai đoạn rửa: Nitrobenzen thô sau khi đƣợc trung hoà (phần dới) , cho vào tháp rửa bằng nƣớc để loại bỏ tạp chất không mong muốn . Dùng một lƣợng nƣớc bằng lƣợng nitrobenzen thô để rửa . 1.Lƣợng vật chất đi vào thiết bị rửa :

*Khối lƣợng nitrobenzen thô(phần dƣới của giai đoạn trung hoà) là:

4951,022 kg/h .Bao gồm khối lƣợng của các thành phần sau : +Khối lƣợng nitrobenzen : 4752,982 kg/h. + khối lƣợng benzen : 24,755 kg/h. +Khối lƣợng NaNO3 : 4,951 kg/h. +Khối lƣợng Na2SO4 : 44,559 kg/h. +Khối lƣợng H2O : 123,775 kg/h.

*Khối lƣợng nƣớc dùng để rửa : 4951,022 kg/h. 2.Lƣợng vật chất đi ra khỏi thiết bị rửa: Dung dịch sau khi rửa xong để lắng ,sau khi lắng chúng phân thành hai lớp , lớp dƣới là nitrobenzen thành phẩm , lớp trên là : nƣớc, NaNO3 , Na2SO4 , benzen và một phần nhỏ nitrobenzen . * Hiệu suất giai đoạn rửa là : 96,7%.

-Lớp dƣới là nitrobenzen thành phẩm bao gồm :

Nitrobenzen tinh khiết : 99%.

Benzen : 0,4%.

Nƣớc : 0,6%.

Do vậy ,khối lƣợng nitrobenzen thành phẩm bao gồm :

Khối lƣợng nitrobenzen :

4752,982 x 0,967 = 4596,134 kg/h.

Khối lƣợng benzen :

4596,134 x 0,4 / 99 = 18,570 kg/h.

Khối lƣợng nƣớc :

4596,134 x 0,6 / 99 = 27,855 kg/h.

-Lớp trên gồm khối lƣợng của các thành phần sau:

Khối lƣợng nitrobenzen :

4752,982- 4596,133=156,849 kg/h.

Khối lƣợng benzen :

24755 – 18,570 = 6,185 kg/h.

Khối lƣợng nƣớc:

4951,022 + 123,775 – 27,855 = 5046,942 kg/h .

Khối lƣợng NaNO3 : 4,951 kg/h.

Khối lƣợng Na2SO4 : 44,559 kg/h.

*Bảng 4: Cân bằng vật chất cho giai đoạn rửa:

Lƣợng vào

Tên nguyên liệu phần trăm

Lƣợng ra Khối Tên sản lƣợng phẩm (kg/h) Phần trăm (%)

Khối lƣợng (kg/h) Lớp dƣới

Nitrobenzen thô gồm :

Nitrobenzen Benzen NaNO3 Na2SO4 H2O Tổng nitrobenzen thành phẩm 96,0 Nitrobenzen 0,58 Benzen 0,01 Nƣớc 0,91 Tổng 2,50 Lớp trên 100 Nitrobenzen 4752,982 24,755 4,951 44,559 123,775 4951,022

4951,022 4596,134 99,0 18,570 0,4 0,6 27,855 4642,558 100 2,98 156,849 4,951 0,09 100 NaNO3

Nƣớc dùng để rửa H2O

5046,942 95,96 0,85 0,12 100 Na2SO4 Benzen Tổng Tổng 44,559 6,185 5259,486 9902,044 Tổng 9902,044

Q5 :Nhiệt lƣợng do nớc lạnh mang ra (kcal/h). Q6 :Nhiệt lƣợng mất mát ra môi trƣờng (kcal/h).

B.Tính cân bằng nhiệt lƣợng: 1.Tính cân bằng nhiệt lƣợng cho thiết bị nitro hoá: Gọi : Q1 : Nhiệt lƣợng do nguyên liệu mang vào (kcal/h ). Q2 :Nhiệt lƣợng toả ra của quá trình nitro hoá (kcal/h). Q3 : Nhiệt lƣợng do tác nhân làm lạnh mang vào (kcal/h). Q4 :Nhiệt lƣợng do sản phẩm mang ra (kcal/h). Phƣơng trình cân bằng nhiệt lƣợng trong thiết bị nitro hoá là: Q1 + Q3 + Q3 = Q4 + Q5 + Q6 . kkcal/h.

a.Nhiệt lƣợng do nguyên liệu mang vào : Nhiệt lƣợng do nguyên mang vào: Q1 = Qn + Qb kcal/h). Nguyên liệu vào có nhiệt độ : t = 25oC. Khối lƣợng hổn hợp nitro hoá thu đƣợc : Gn = 8017,568 kg/h. Khối lƣợng benzen thu đƣợc : Gb = 3241,310 kg/h. Nhiệt dung riêng của benzen (98%) ớ 25oC : Cb = 0,418 kcal/kg.độ. Nhiệt dung riêng của hổn hợp nitro hoá đƣợc tính theo nhiệt dung

Cn = x1*C1 + x2*C2 + x3*C3 .

Trong đó :

Vì hổn hợp nitro hoá thu đƣợc có thành phần nhƣ sau : 32% HNO3

riêng của các thành phần có trong hổn hợp nitro hoá : x1 : phần khối lƣợng của H2O. x2 : phần khối lƣợng của H2SO4 . x3 : phần khối lƣợng của HNO3 . ;60% H2SO4 ; 8% H2O.Nên ta đƣợc : x2 = 0,08 ; x2 = 0.60 ; x3 = 0,32 . Mặt khác : ở 25oC các thành phần có nhiệt dung riêng nhƣ sau : Cnƣớc = C1 = 1,0 kcal/kg.độ, Caxit sunfuric = C2 = 0,565 kcal/kg.độ. Caxit nitric = C3 = 0,7 kcal/kg.độ. Do đó ta đợc : Cn = 0,08 x 1 + 0,6 x 0,565 + 0,32 x o,7 = 0,643 kcal/kg.độ. Vậy nhiệt lƣợng do nguyên mang vào là: Q1 = Gn x tn x Cn + Gb x Cb x tb = = 8017,568 x0,643x25 + 3241,310x0,418 x 25 = 163756,291 kcal/h. b.Nhiệt lƣợng do quá trình nitro hoá sinh ra :

Ta biết rằng , hiệu ứng nhiệt do phản ứng nitro hoá tạo ra là: H = - 120 kJ/kmol.Tức là : -120/4,186 x 1000/123 = - 233,065 kcal/kg. Vì khối lƣợng nitrobenzen thu đƣợc là: 4948,962 kg/h.Nên nhiệt lƣ- ợng toả ra do phản ứng là : Q2 = 233,065 x 4948,962 = 1153429,433 kcal/h. c.Nhiệt lƣợng do nƣớc lạnh mang ra : Tính theo công thức sau : Q3 = G x C x t. (kcal/h). Trong đó: Nhiệt độ nƣớc lạnh : t = 25oC.

Nhiệt dung riêng của nƣớc : C = 1,0 kcal/kg.độ. Khối lơng nƣớc lạnh cho vào thiết bị : G (kg/h). Suy ra : Q3 = 25 x G x 1 , kcal/h (1). d.Nhiệt lƣợng do sản phẩm mang ra : Hổn hợp sản phẩm ra khỏi thiết bị nitro hoá có nhiệt độ 25oC ,bao các thành phần sau :

+Tổng khối lƣợng sản phẩm ra : 11258,877 kg/h. Nhiệt dung riêng của các cấu tử ở 50oC là: Cnitrobenzen = 0,33 kcal/kg.độ. Cbenzen = 0,445 kcal/kg.độ. Caxit nbitric = 0,908 kcal/kg.độ. Caxit sunfuric = 0,678 kcal/kg.độ. Cnƣớc = 1,0 kcal/kg.độ. Nhiệt dung riêng của sản phẩm đƣợc tính nhƣ sau : Csp = xi*Ci = 0,4396x0,33 + 0,0091x0,445 + 0,0027x0,908 + 0,4273x0,678 + 0,1213x1 = 0,5625 kcal/kg.độ. Do vậy nhiệt lƣợng do sản phẩm mang ra đƣợc tính nh sau: Q4 = Gspx Csp x tsp. Trong đó: tsp = 50oC nhiệt độ của sản phẩm đi ra khỏi thiết bị nitro hóa. Gsp = 11258,877 kg/h. Csp = 0,5625 kcal/kg.độ. Vậy : Q4 = 11258,877x0,5625x50 = 316700,106 kcal/h. e.Nhiệt lƣợng do nƣớc lạnh mang ra : Tính theo công thức sau : Q5 = G xC x t. (kcal/h). Trong đố : Khối lƣợng nƣớc lạnh đi ra : G kg/h. Nhiệt dung riêng của nƣớc lạnh : C = 1 kcal/kg.độ. Nhiệt độ của nƣớc ra khỏi thiết bị nitro hoá : t = 45oC. Suy ra : Q4 = 45 x G x 1. kcal/h. (2). f.Nhiệt lƣợng mất mát ra môi trƣờng :

Nhiệt mất mát ra môi trƣờng xấp xỉ bằng 5% lƣợng nhiệt mà chất tải nhiệt mang ra . Khi đó ta có : Q6 = 0,005x ( Q5 – Q3 ) . kgcal/h. Q6 = 0,005x (45xG- 25xG) = G kcal/h. (3). Thay (1) , (2) , (3) vào phƣơng trình cân bằng nhiệt lƣợng trong thiết bị nitro hoá : Q1 + Q3 + Q3 = Q4 + Q5 + Q6 . Ta đợc : 136756,291 + 1153429,433 + 25xG = 316700,106 + 45xG + G . Suy ra: G = 47642,172 kg/h. Vậy : +Nhiệt lƣợng do nguyên liệu mang vào : Q1 = 163756,291 kcal/h. +Nhiệt lƣợng do quá trình nitro hóa sinh ra : Q2 =1153429,433 kcal/h. +Nhiệt lƣợng do nớc lạnh mang vào : Q3 = 25x 47642,172 = 1191054,307 kcal/h. +Nhiệt lƣợng do sản phẩm mang ra : Q4 = 316700,106 kcal/h. +Nhiệt lƣợng do nớc lạnh mang ra : Q5 = 45x 47642,172 = 2143897,752 kcal/h. +Nhiệt lƣợng mất mát ra môi trờng : Q6 = 47642,172 kcal/h. *Bảng 5 : Cân bằng nhiệt lƣợng trong thiết bị nitro hóa .

Nhiệt lƣợng vào thiết bị nitro hoá ( kcal/h)

163756,291

1153429,433 1191054,307 2508240,031

Nhiệt lƣợng do nguyên liệu mang vào Nhiẹt lƣợng toả ra do quá trình nitro hoá Nhiệt lƣợng do nƣớc lạnh mang vào Tổng Nhiệt lƣợng ra khỏi thiết bị nitro hoá (kcal/h) Nhiệt lƣợng do sản phẩm mang ra Nhiệt lƣợng do nƣớc lạnh mang ra

316700,106 2143897,752 47642,172

Nhiệt lƣợng mất mát ra môi trƣờng Tổng 2508240,030

2.Tính cân bằng nhiệt lƣợng cho thiết bị làm lạnh : Gọi : Q1 : Nhiệt lƣợng do hổn hợp sản phẩm nitro hoá mang vào thiết bị làm lạnh kcal/h Q2 : Nhiệt lƣợng do nƣớc làm lạnh mang vào thiết bị làm lạnh kcal/h.

Q3 : Nhiệt lƣợng do hổn hợp sản phẩm mang ra khỏi thiết bị làm lạnh kcal/h. Q4 : Nhiệt lƣợng do nƣớc làm lạnh mang ra khỏi thiết bị làm lạnh kcal/h. Q5 : Nhiệt lƣợng do mất mát ra môi trƣờng xung quanh kcal/h. Phƣơng trình cân bằng nhịêt lƣợng trong thiết bị làm lạnh là: Q1 + Q2 = Q3 + Q4 + Q5 . kcal/h (I). a.Nhiệt lƣợng do hổn hợp sản phẩm nitro hoá mang vào thiết bị làm lạnh :

Nhiệt lƣợng do hổn hợp sản phẩm của quá trình nitro hoá mang vào thiết bị làm lạnh sẽ bằng nhiệt lƣợng của hổn hợp nitro hoá đi ra khỏi thiết bị nitro hoá .Tức là : Q1 = 316700,106 kcal/h. (1). b.Nhiệtt lƣợng do nƣớc lạnh mang vào thiết bị làm lạnh : Nƣớc làm lạnh đi vào thiết bị làm lạnh với nhiệt độ t = 25oC .Khi đó lƣợng nhiệt do nƣớc lạnh mang ra là : Q2 = Gn x Cn x tn = 25 x 1 x Gn . kcal/h. (2). c.Nhiệt lƣợng do hổn hợp sản phẩm mang ra khỏi thiết bị nitro hóa :

Hổn hợp nitro hoá có khối lƣợng của các thành phần sau:

+Khối lƣợng nitrobenzen : 4948,962 kg/h, chiếm : 43,96% +Khối lƣợng benzen và tạp chất : 102,944 kg/h,chiếm : 0,91%. +Khối lƣợng HNO3 chƣa phản ứng : 30,787 kg/h, chiếm : 0,27%. +Khối lƣợng H2SO4 : 4810,541 kg/h, chiếm : 42,73%. +Khối lƣợng H2O : : 1365,643 kg/h, chiếm : 12,13%. +Tổng khối lƣợng sản phẩm ra : Gsp = 11258,877 kg/h . Nhiệt dung riêng của các cấu tử ở 25oC nhƣ sau : Cnitrobenzen = 0,35 kcal/kg.độ. Cbenzen = 0,42 kcal/kg.độ. Caxit nbitric = 0,98 kcal/kg.độ. Caxit sunfuric = 0,7 kcal/kg.độ. Cnƣớc = 1,0 kcal/kg.độ. Nhiệt dung riêng của sản phẩm đƣợc tính nhƣ sau : Csp = xi*Ci = 0,4396x0,35 + 0,0091x0,42 + 0,0027x0,98 + 0,4273x0,7 + 0,1213x1 = 0,5807 kcal/kg.độ.

Suy ra nhiệt lƣợng do hổn hợp sản phẩm nitro hoá mang ra khỏi thiết bị nitro hoá là : Q3 = Gsp x Csp x tsp = 11258,877 x 0,5807 x 25 = 163461,443 kcal/h. (3). d.Nhiệt lƣợng do nƣớc lạnh mang ra khỏi thiết bị làm lạnh: Nhiệt độ của nƣớc lạnh đi ra khỏi thiết bị làm lạnh đƣợc tính nhƣ sau : t2 = ( tsp + t1 ) / 2 . oC. Trong đó : Nhiệt độ của sản phẩm nitro hoá là : tsp = 50oC. Nhiệt độ của nƣớc lạnh đi vào thiết bị làm lạnh : t1 = 25oC. Do đó : t2 = (50 +25)/ 2 = 37,5 oC. Vậy nhiệt lƣợng do nƣớc làm lạnh mang ra khỏi thiết bị làm lạnh là: Q4 = Gn x Cn x 37,5 kcal/h. (4). e.Nhiệt lƣợng do mất mát ra môi trƣờng xung quanh : Nhiệt lƣợng mất mát ra môi trƣờng xấp xỉ bằng 5% nhiệt lƣợng mà sản phẩm mang ra khỏi thiết bị . Do vậy ta đƣợc: Q5 = 0,05 x ( Q4 – Q2 ) = 0,05 x(37,5 x Gn – 25 x Gn ) = 0,625 kcal/h. (5). Thay (1) , (2) , (3) , (4) , (5) vào phƣơng trình cân bằng nhiệt lƣợng (I) ta đƣợc : 316700,106 + 25 x Gn = 163461,443 + 37,5 x Gn + 0,625 x Gn . Suy ra khối lƣợng nƣớc lạnh cần đƣa vào thiết bị làm lạnh là: Gn = 11675,326 kcal/h. Vậy : +Nhiệt lƣợng do hổn hợp sản phẩm nitro hoá mang vào thiết bị nitro hoá là : Q1 = 316700,106 kcal/h. +Nhiệt lƣợng do nƣớc làm lạnh mang vào thiết bị làm lạnh là: Q2 = 291883,167 kcal/h. +Nhiệt lƣợng của hổn hợp nitro hoá ra khỏi thiết bị làm lạnh là: Q3 = 163461,443 kcal/h. +Nhiệt lƣợng của nƣớc làm lạnh ra khỏi thiết bị làm lạnh là: Q4 = 37,5 x 11675,326 = 437824,751 kcal/h. +Nhiệtlƣợng mất mát ra môi trƣờng : Q5 = 11675,326 kcal/h. *Bảng 6: Cân bằng nhiệt lƣợng cho thiết bị làm lạnh.

Nhiệt lƣợng vào thiết bị làm lạnh kcal/h.

316700,106 Nhiệt lƣợng của hổn hợp sản phẩm nitro hoá vào

291883,167 Nhiệt lƣợng của nƣớc lạnh mang vào

608583,273 Tổng

Nhiệt lƣợng ra khỏi thiết bị làm lạnh kcal/h.

163461,443 Nhiệt lƣợng của hổn hợp sản phẩm nitro hoára

437824,751 Nhiệt lƣợng của nƣớc làm lạnh mang ra

7297,079

Nhiệt lƣợng mất mát ra môi trƣờng Tổng 608583,273

Chƣơng II. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH.

1.Tính đƣờng kính và chiều cao của thiết bị chính: Thiết bị nitro hoá làm việc trong môi trƣờng axit có nồng độ tƣơng đối cao nên ta dùng loại thép chịu axit đẻ làm thiết bị .ở đây chọn loại thép OX21H6M2T (có độ ăn mòn 0,117 mm/năm ) ( 1- 334 ) . Thời gian lƣu của hổn hợp phản ứng trong thiết bị nitro hoá là một giờ .Do đó thể tích của nguyên liệu trong thiết bị nitro hoá đƣợc tính theo lƣợng nguyên liệu vào trong một giờ : *Lƣợng ngyên liệu vào thiết bị nitro hoá bao gồm: +Khối lƣợng benzen kỹ thuật (98%) : 3241,310 kg/h. +Khối lƣợng HNO3 : 2565,622 kg/h. +Khối lƣợng H2SO4 : 4810,541 kg/h +Khối lƣợng H2O : 641,405 kg/h. *Khối lƣợng riêng của các thành phần ở 50oC nhƣ sau : benzen = 847 kg/m3 . axit nitric = 1460,5 kg/m3 axit sunfuric = 1807,5 kg/m3 nƣớc = 987,5 kg/m3. Vậy thể tích riêng phần đƣợc tính nhƣ sau : Vhổn hơp = mi / i . vbenzen = 3241,310 / 847 = 3,827 m3 / h. vaxit nitric = 2565,622/ 1460,5 = 1,757 m3 / h. vaxit sunfuric = 4810,541 / 1807,5 = 2,661 m3 / h. vnƣớc = 641,405 / 987,5 = 0,650 m3 / h.

Dt x P S = + C (m) . 2[k ] x h - P

Suy ra : Vhổn hợp = 3,827 + 1,757 + 2,661 + 0,650 = 8,895 m3 / h.Đó là thể tích của nguyên liệu vào .Do vậy chọn thể tích của thiết bị là : 13 m3. Chọn đƣờng kính thiết bị nitro hoá : D = 2,2 m . Suy ra chiều cao của thiết bị là : H = V x 4 /  x D2 = 13 x 4 / 3,1415 x 4,84 = 3,4 m. = 3400 mm . 2.Tính bề dày thân thiết bị nitro hoá : Bề dày thân thiết bị đƣợc tính theo công thức : S = S= Với :Đƣờng kính trong của thiết bị : D = 2,2 m. Hệ số bền của thành hình trụ theo phƣơng dọc .Trong trƣờng hợp thành kín hay có lỗ đƣợc gia cố hoàn toàn thì chọn h = 0,95. [k ] : ứng suất cho phép ; N/m2. P : áp suất trong thiết bị ; N/m2. C : Hệ số bổ sung do ăn mòn , do dung sai về chiêu dày ; m. *Tính ứng suất cho phép : Ƣng suất cho phép đƣợc tính theo công thức sau : [k ] = k x  / nb , N/m2 Với : k : Giới hạn bền cho phép của thép OX21H6M2T là : 600.106 N/m2 . Hệ số điều chỉnh :  = 1 . Hệ số an toàn theo gới hạn bền : nb = 1,5 . Vậy: [k ] = k x  / nb = 600.106 x 1 / 1,5 = 400.106 N/m2. *Tính áp suất trong thiết bị : Đƣợc tính theo công thức sau : P = Pmt + P1 N/m2 . (2- 366). Với : Áp suất môi trƣờng làm việc : Pmt = 105 N/m2. Áp suất thuỷ tĩnh của cột chất lỏng đƣợc tính nhƣ sau : P1 = g x hổn hợp x H1 N/m2 . Với : Gia tốc trọng trƣờng : g = 9,81 m/s2. Chiều cao của cột chất lỏng chọn : H1 = 3,2 m. Khối lƣợng riêng của chất lỏng đƣợc tính theo ncông thức nhƣ sau : ( 1- 5),

67 1 X1 X2 X3 X4 = = = = hổn hợp benzen axit nitric axit sunfuric nƣớc

Với : X1 ; X2 ; X3 ; X4 : lần lƣợc là nồng độ của các cấu tử : benzen thô; axit nitric ; axit sunfuric ; nƣớc trong hổn hợp nguyên liệu . *Lƣợng ngyên liệu vào thiết bị nitro hoá bao gồm:

+Khối lƣợng benzen kỹ thuật (98%): 3241,310 kg/h. Chiếm : 28,79%. +Khối lƣợng HNO3 : 2565,622 kg/h. Chiếm : 22,78%. +Khối lƣợng H2SO4 : 4810,541 kg/h Chiếm : 42,73%.

+Khối lƣợng H2O : 641,405 kg/h. Chiếm : 5,70%.

*Khối lƣợng riêng của các thành phần ở 50oC nhƣ sau :

1 0,2789 0,2278 0,4273 0,0570 = = = = = hổn hợp 847 1460,5 1807,5 987,5

C2 : Hệ số bổ sung do bào mòn do hạt rắn chuyển động : C2 = 0

C3: Hệ số bổ sung do dung sai chiều dày, phụ thuộc vào chiều dày

benzen = 847 kg/m3 . axit nitric = 1460,5 kg/m3 axit sunfuric = 1807,5 kg/m3 nƣớc = 987,5 kg/m3. Vậy khối lƣợng riêng của hổn hợp lỏng đƣợc tính nhƣ sau : Suy ra : hổn hợp = 1265,815 kg/m3 . P1 = g x hổn hợp x H1 = 9,81 x 1265,815 x 3,2 = 74331,1 N/m2. P = P1 + Pmt = 74331,1 + 105 = 1,743.105 N/m2. *Tính hệ số ăn mòn C : Tính theo công thức sau : C = C1 + C2 + C3 (mm). (2- 363). Với : C1 : Hệ số bổ sung do ăn mòn , do môi trƣờng làm việc là axit .Nên chọn C1 = 4 mm ( theo thời gian làm việc là 15 đén 20 năm). mm. tấm thép: C3 = 0,8 mm . Vậy : C = 0,8 + 4 = 4,8 mm.

Bề dày thân thiết bị đƣợc tính theo công thức: Dt x P S = + C (m) . 2[k ] x h - P

2,2 x 1,743.105 = + 4,8.10-3 . 2 x 400.106 x 0,95 - 1,743.105

= 0,000504 + 0,0048 = 0,0053 m = 5,3 mm. Chọn : S = 7 mm.

[Dt + (S – C) ] x P0  = (2-365) 2 x ( S – C ) x h

P0 = Pth + P1 (2 - 356).

Suy ra : P0 = 74331,1 + 2,029.105 =2,835.105 N/m2 . Vậy :

[ 2 + ( 0,007 – 0,0048 ) ]x 2,835.105  = = 149,36.106 N/m2 2 x ( 0,007 – 0,0048) x 0,95

*Kiểm tra ứng suất cho phép của thành tháp đƣợc tính theo công thức sau : +Áp suất tính toán P0 đƣợc tính theo công thức : + Áp suất thử thuỷ lực :Pth = 1,2 x P = 1,2 x 1,743.105=2,029105 N/m2.

Với : [k ] / 2 = 400.106 / 2 = 200.106 N/m2 >  = 149,36.106 N/m2.

D2 x P S = + C, m ; ( 2- 385) 3,,8 x[k ] x k x h – P ] x 2 x hb

Vậy bề dày của thân thiết bị nitro hoá là : S = 7 mm là phù hợp. 3.Tính bề dày của đáy và nắp : Bề dày của đáy và nắp đƣợc tính theo công thức : Đƣờng kính trong của thân thiết bị : Dt = 2,2 m. Ứng suất bền : [k ] = 400.106 N/m2 . Chiều cao của phần đáy : chọn 0,5 m.

4,84 x 1,743.105 S - C = = 7,3.10-4 m [3,,8 x400.106 x 1 x 0,95–1,743.105 ] x 2 x 0,5

Hệ số không thứ nguyên (k) .Đối với đáy có lổ đƣợc tăng cứng hoàn toàn thì : k = 1. Áp suất làm việc của thiết bị : P = 1,743.105 N/m2 . Hệ số bền : h = 0,95 . Hệ số bổ sung do dung sai ,do ăn mòn C . S – C = 0,73.10-3 m 10 mm .Nên ta phải cộng thêm vào hệ số bổ sung do ăn mòn là : 2 mm .Tức là : C1 = 4 + 2 = 6 mm. Với : C = C1 + C2 + C3 = 6 + 0,8 = 6,8 mm. S = 6,8 + 0,73 = 7,53 mm. Chọn S = 10 mm. *Kiểm tra ứng suất đƣợc tính theo công thức sau : 2 + 2 x hb (S – C) ] x P0

[Dt  = , N/m2 (2-387) 7,6 xk x hb ( S – C ) x h

[4,48 + 2 x 0,4( 0,010 - 0,0068) ]x 2,853.105  = = 7,6 x 1 x 0,4 x ( 0.010 – 0,0068) x 0,95

= 148,5.105 < [k ] / 2 = 200.106 N/m2 . Vậy bề dày của đáy : S = 10 mm, là phù hợp .

L = 2 x  x r = 2 x 3,14 x 1,1 = 6,91 m.

*Chọn nắp và đáy là nhƣ nhau . Nên : +Chiều cao của nắp là : hb = 500 mm. +Bề dày của nắp là : S = 10 mm. 4.Tính chọn chân đở cho thiết bị nitro hoá : a.Tính khối lƣợng thân thiết bị nitro hoá : Chiều cao của thân thiết bị là : H = 3,4 m. Đƣờng kính của thân thiết bị : D = 2,2 m. Chu vi của thân thiết bi đƣợc tính : Diện tích của thân thiết bị đƣợc tính: F = L x H = 6,91 x 3,4 = 23,487 m2 .

Chiều dày của thân thiết bị là : S = 7 .103 m. Khối lƣợng riêng của thép OX21H6M2T làm thiết bị là: (2 – 313).

x 23,487 x7.10-3 = 1266 kg.

thép = 7,7.103 kg/ m3. Vậy khối lƣợng của thân thiết bị là:

Chiều cao của nắp bằng chiều cao của đáy : hn =hđ = 0.5 m. Bề dày của nắp bằng bề dày của đáy : Sn = Sđ = 10.10-3 m. Bề mặt bên trong của nắp bằng bề mặt bên trong của đáy . Tra theo bảng

Fnắp = Fđáy = 5,53 m2 .

thép = 7,7.103 kg/ m3.

Vậy khối lƣợng của nắp bằng khối lƣợng của đáy và bằng : Gn =Gđ = thép x Fn x Sn = 5,53 x 9.10-3 x7,7.103 = 425,8 kg.

Do đó tải trọng của toàn bộ thiết bị nitro hoá là:

Chọn 4 chân đở cho thiết bị nitro hoá .Khi đó mỗi chân đở có tải trọng

Gtb = thép x F x S = 7,7.103 b.Tính khối lƣợng của nắp và đáy : XIII.10 của ( 2 – 382 ) ta đƣợc : Khối lƣợng riêng của thép OX21H6M2T làm thiết bị là: (2– 313) c. Chọn khối lƣợng của : mặt bích , máy khoấy , ống dẫn , vỏ bọc ngoài , ống định lƣợng , bù lon,... bằng 1,2 phần khối lƣợng của thân thiết bị .Tức là bằng : 1,2 x 1266= 1899 kg. d.Tính khối lƣợng của dung dịch trong thiết bị nitro hoá : Do khối lƣợng của dung dịch H2SO4 tƣơng đối lớn , mặt khác khối lƣợng riêng của dung dịch H2SO4 là : 1807,5 kg/m3 cũng cao nhất trong số các chất trong dung dịch. Nên coi nhƣ thiết bị chứa đầy dung dịch H2SO4 .Do đó khối lƣợng của dung dịch trong thiết bị nitro hoá là : Gaxit sunfuric = axit sunfuric x Vdd = 1807,5 x 8,895 = 16077,713 kg. Vậy khối lƣợng của toàn bộ thiết bị nitro hoá là: 1266 + 2x425,8 + 1899 +16077,713 = 20094,3 kg. Ptb = 20094,3 x 9,81 = 197125,1 N. là : 197125,1 / 4 = 49281 N. Vì tải trọng của mỗi chân đở lớn hơn 4.104 N .Cho nên tra theo bảng XIII.35 của ( 2 – 437 ) ta có cấu tạo cùng những thông số của một chân đở nhƣ sau:

S = 22 mm. l = 120 mm. d = 34 mm. R = 30 mm.

Trong đó: B1 = 370 mm. ; H = 500 mm ; ; h = 275 mm ; A = 800 mm 2.Tính chọn bơm trong dây chuyền:

a.Chọn bơm để bơm để bơm hổn hợp nguyên liẹu vào thiết bị nitro hoá - Chọn bơm để bơm hổn hợp axit H2SO4 và HNO3 : Vì bơm này làm việc trong môi trƣờng axit co tính ăn mòn cao , nên ta chọn bơm ly tâm loại UT một cấp , loại này chế tạo dể , chịu axit rất tốt . Bơm này có công suất mô tơ là 5,6 kw , có số vònh quay 3000 vòng / phút . - Chọn bơm để bơm benzen vào thiết bị nitro hoá : Chọn loại bơm ly tâm 2X- 6113a .Bơm này có công suất mô tơ 5,4 kw, có số vòng quay 2900 vòng / phút , độ cao là 5m cột nƣớc . -Chọn bơm để bơm nƣớc vào thiết bị nitro hoá : Chọn loại bơm ly tâm HK , có lƣu lƣợng 150 m3/ h , độ cao cột nƣớc 15,5 m , công suất mô tơ 8,6 kw , số vòng quay 1450 vòng / phút. b.Tính chọn bơm để bơm nƣớc vào ống xoắn ruột gà trong thiết bị nitro hóa và bơm nƣớc vào vỏ bọc ngoài của thiết bị nitro hoá : -Chọn loại bơm HK nhƣ trên .

3.Chọn máy nén để đƣa hổn hợp nitro hoá vào thiết bị nitro hoá hoàn toàn : -Chọn hai máy nén loại TK - 250-9 , loại này có năng suất 250 m3/phút , áp suất nén 9 at , công suất động cơ 2000 kw , số vòng quay 6000 vòng / phút .

PHẦN III

THIẾT KẾ XÂY DỰNG

I.XÁC ĐỊNH ĐỊA ĐIỂM XÂY DỰNG : 1.Nhiệm vụ và yêu cầu: a.Nhiệm vụ: Nghiên cứu, phân tích, tổng hợp mọi số liệu của dự án để đƣa ra các giải pháp bố trí thực tế trên điạ hình một khu đất cụ thể đƣợc lựa chọn làm cơ sở sản xuất. b.Yêu cầu : Phải phù hợp với dây chuyền sản xuất, đảm bảo khả năng phát triển của nhà máy trong tƣơng lai. Bố trí giao thông trong và ngoài nhà máy thuận tiện. Đảm bảo an toàn vệ sinh công nghiệp thận lợi trong xây dựng . 2.Cơ sở để xác định địa điểm xây dựng : - Xác định địa điểm xây dựng hợp lý sẽ tạo điều kiện tốt cho giai đoạn chuẩn bị đầu tƣ, là cơ sở phát triển sản xuất , kinh doanh của nhà máy , vốn

- Địa điểm xây dựng phải đảm bảo đƣợc sự hoạt động liên tục của nhà

+ Phù hợp và tận dụng tối đa hệ thống giao thông quốc gia bao gồm

+ Phù hợp và tận dụng mạng lƣới cung cấp điện, thông tin liên lạc và

đầu tƣ cũng nhƣ giá thành của sản phẩm của nhà máy, trong giai đoạn trƣớc mắt cũng nhƣ định hƣớng lâu dài của kế hoạch 5 năm, 10 năm. - Địa điểm xây dựng đƣợc lựa chọn phải phù hợp với qui hoạch lãnh thổ, qui hoạch vùng, qui hoạch cụm kinh tế công nghiệp đã đƣợc các cấp có thẩm quyền phê duyệt. Tạo điều kiện phát huy tối đa công suất của nhà máy với các nhà máy lân cận. - Địa điểm lựa chọn xây dựng phải đảm bảo gần với các nguồn cung cấp nguyên liệu cho sản xuất và gần nơi tiêu thụ sản phẩm của nhà máy. Gần nguồn cung cấp năng lƣợng, nhiên liệu nhƣ: điện, nƣớc, hơi, khí nén... Nhƣ vậy sẽ hạn chế tối đa các chi phí cho vận chuyển, hạ giá thành phẩm góp phần thúc đẩy sự phát triển của nhà máy. máy , vậy cần chú ý đến các yếu tố sau: đƣờng bộ, đƣờng sắt, đƣờng sông, đƣờng biển kể cả đƣờng hàng không. các hệ thống kỹ thuật khác. + Nếu địa phƣơng chƣa có sẵn các điều kiện hạ tầng kỹ thuật trên thì phải xét đến khả năng xây dựng nó trƣớc mắt, cũng nhƣ trong tƣơng lai. Địa điểm xây dựng đƣợc chọn cần lƣu ý tới các điều kiện sau: + Khả năng nguồn cung cấp vật liệu, vật tƣ xây dựng để giảm chi phí giá thành đầu tƣ xây dựng cơ bản của nhà máy, hạn chế tối đa lƣợng vận chuyển vật tƣ xây dựng từ nơi xa đến.

+ Khu đất phải cao ráo tránh ngập lụt trong mùa lũ, có mực nƣớc ngầm

+ Khả năng cung ứng nhân công trong quá trình xây dựng nhà máy cũng nhƣ vận hành nhà máy sau này. Do vậy trong thiết kế cần chú ý xác định số công nhân của nhà máy và khả năng cung cấp nhân công ở các địa phƣơng lân cận trong quá trình đô thị hoá. - Về địa hình khu đất: Khu đất phải có kích thƣớc và hình dạng thuận lợi cho việc xây dựng trƣớc mắt cũng nhƣ việc mở rộng nhà máy trong tƣơng lai. Kích thƣớc, hình dạng và qui mô diện tích của khu đất nếu không hợp lý sẽ gây khó khăn trong quá trình thiết kế bố trí dây chuyền công nghệ, cũng nhƣ việc bố trí các hạng mục công trình trên mặt bằng khu đất đó. Do vậy, khu đất đƣợc lựa chọn cần đáp ứng các yêu cầu sau: thấp tạo điều kiện tốt cho việc thoát nƣớc thải dễ dàng.

+ Khu đất phải tƣơng đối bằng phẳng và có độ dốc tự nhiên tốt nhất là i = 0,51% để hạn chế tối đa cho kinh phí san lấp mặt bằng ( thông thƣờng chi phí này khá lớn chiếm từ 1015% giá trị công trình). + Khu đất lựa chọn không đƣợc nằm trên các vùng có mỏ khoáng sản hoặc địa chất không ổn định( nhƣ có hiện tƣợng động đất, xói mòn hay hiện tƣợng cát chảy). Cƣờng độ khu đất xây dựng là 1,52,5 kg/cm2. Nên xây dựng trên nền sét, đất đá mong, đất đồi,.. Để giảm tối đa chi phí gia cố nền móng của các hạng mục công trình nhất là các hạng mục công trình có tải trọng bản thân và tải trọng động lớn. + Khu địa điểm xây dựng đƣợc chọn cần xét đến mối quan hệ mật thiết giữa khu dân cƣ đô thị và khu công nghiệp. Điều đó không tránh khỏi là trong quá trình sản xuất các nhà máy thƣờng thải ra chất độc hại nhƣ: Khí độc, nƣớc bẩn, khói, bụi, tiếng ồn,.. Hoặc các yếu tố bất lợi khác nhƣ: dễ cháy nỗ, ô nhiễm môi trƣờng,... Để hạn chế tối đa ảnh hƣởng xấu của môi trƣờng công nghiệp tới khu dân cƣ, các khu vực có di tích lịch sử và danh lam thắng cảnh của địa phƣơng cần thoả mãn các điều kiện sau: + Địa điểm xây dựng phải thoả mãn các yêu cầu quy phạm, qui định về mặt bảo vệ môi trƣờng vệ sinh công nghiệp. Chú ý khoảng cách bảo vệ vệ sinh công nghiệp tuyệt đối không đƣợc xây dựng các công trình công cộng hoặc công viên, phải trồng cây xanh để hạn chế tác hại của khu công nghiệp gây nên. + Vị trí xây dựng nhà máy thƣờng phải ở cuối hƣớng gió chủ đạo, bởi vì trong công nghiệp hoá chất nói chung và nhà máy chế biến dầu mỏ nói riêng, thƣờng bị ô nhiễm bởi khí Hyđro cacbon và các khí phụ khác nên địa điểm sản xuất đặt xa khu dân cƣ để hạn chế tối đa những ảnh hƣởng xấu. Nguồn nƣớc thải của nhà máy đƣợc xử lý phải hạ lƣu và cách bến dùng của khu dân cƣ tối thiểu là 500m. 3.Chọn địa điểm xây dựng: Từ các cơ sở trên , ta chọn địa điểm xây dựng nhà máy sản xuất nitrobenzen tại Dung Quất - Quảng Ngãi. Nơi đƣợc chính phủ phê duyệt xây dựng khu công nghiệp. Đối với địa điểm này mang nhiều yếu tố thuận lợi cho việc xây dựng nhà máy sản xuất nitrobenzen nhƣ: Hƣớng Tây-Nam là mạng lƣới giao thông xuyên quốc gia đi qua nên rất thuận lợi về mặt giao thông cả về đƣờng bộ và đƣờng sắt. Hƣớng Đông cách cách khoảng 6 km là biển, với độ sâu và rộng rất thuận lợi cho các tàu tải trọng lớn cập bến và có thể có nhiều tàu cập bến một lần, có cảng biển sâu .

Hƣớng Bắc giáp khu kinh tế mở Chu Lai của Quảng Nam. Vì vậy về mặt giao thông sẽ rất thuận tiện cho việc vận chuyển nguyên liệu về nhà máy cũng nhƣ việc vận chuyển sản phẩm của nhà máy đi tiêu thụ. Mặt khác vật liệu, vật tƣ xây dựng nhà máy lấy ngay trong nội tỉnh. Nguồn nhân công dồi dào, đây là yếu tố quan trọng trong quá trình đẩy mạnh xây dựng nhà máy cũng nhƣ việc vận hành nhà máy sau này. Một vấn đề cũng rất cần thiết nữa là: - Kích thƣớc và hình dáng khu đất rất thuận lợi cho việc xây dựng trƣớc mắt cũng nhƣ việc mở rộng nhà máy trong tƣơng lai. - Khu đất cao ráo, không bị ngập lụt, độ dốc tự nhiên của khu đất khoảng 1% với nền kinh tế sét kết hợp với đất đá ong nên đảm bảo tính chịu tải trọng lớn.

Với địa hình của nhà máy là hƣớng Đông giáp biển và hƣớng gió chủ đạo là hƣớng Đông-Bắc .Vì vậy các chất khí, bụi của nhà máy sẽ ít hoặc không ảnh hƣởng đến khu dân cƣ. 4.Tổng mặt bằng nhà máy: Nhà máy sản xuất nitrobenzen đƣợc thiết kế tổng với diện tích mặt bằng khá lớn ,bao gồm 17 hạng mục công trình khác nhau trong nhà máy và đƣợc bố trí chặt chẻ và hợp lý . Giữa các phân xƣởng sản xuất phải có khoảng cách đảm bảo an toàn và thuận lợi cho quá trình lƣu thông của dòng ngƣời, dòng xe đồng thời nguyên liệu và nhiên liệu, xúc tác, các hoá chất phụ trợ và thiết bị, phƣơng tiện khác cũng phải đảm bảo lƣu thông. Các hạng mục công trình nhà máy đƣợc xây dựng thoả mãn tính chất hợp khối phục vụ quá trình sản xuất liên tục đảm bảo điều kiện vệ sinh công nghiệp và điều kiện mỹ quan. Với tính chất của một nhà máy sản xuất hoá chất, vì vậy vấn đề tránh độc hại cho ngƣời cũng nhƣ không gây ô nhiểm môi trƣờng cần đƣợc chú ý đặc biệt. 5.Tổng hợp các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản trong xây dựng nhà máy: Diện tích toàn nhà máy : F = 14010 m2 . Diện tích chiếm đất của nhà công trình : A = 2802 m2 . Diện tích chiếm đất của kho bãi , lộ thiên : B = 1152 m2 . Diện tích chiếm đất của đƣờng giao thông, đƣờng ống : C = 5713 m2 . Nhƣ vậy : Hệ số xây dựng là :

. Kxd =

Hệ số sử dụng là :

Ksd =

Bảng 1:Các hạng mục công trình trong nhà máy :

c«ng tr×nh

1 42 27 DiÖn tÝch (m2) 1134

2 Kho chøa nguyªn 3 18 12 648

liÖu

2 18 12 432

1 12 6 72

1 18 6 108 3 Kho chøa s¶n phÈm 4 BÓ chøa n íc 5 Khu xö lý n íc

th¶i

1 18 6 108 6 Khu xö lý khÝ

th¶i

1 9 6 54

1 6 6 36

1 18 12 216

1 12 9 108 7 Tr¹m c¬ khÝ 8 Tr¹m ®iÖn 9 Nhµ cøu ho¶ 10 Phßng hµnh chÝnh 11 C¨ng tin ¨n uèng 12 Gara «t« nhá 13 Gara «t« träng

t¶i lín

1 36 18 648

2 6 4 48

2 6 3 36 14 Nhµ ®Ó xe ®¹p 15 Phßng b¶o vÖ 16 Nhµ vÖ sinh c«ng

céng

1 56 24 1344 17 Khu ®Êt dù tr÷

Tæng diÖn tÝch

3954

*Nhiệm vụ chính khi thiết kế nhà máy:

II.THIẾT KẾ TỔNG MẶT BẰNG NHÀ MÁY. 1.Nhiệm vụ: Thiết kế tổng mặt bằng nhà máy là một giai đoạn quan trọng, nhiệm vụ của nó là nghiên cứu,phân tích ,tổng hợp mọi dữ liệu của dự án sang các giải pháp bố trí thực tế trên địa hình một khu đất cụ thể đã đƣợc chọn làm cơ sở cho việt tổ chức xây dựng nhà máy sản xuất phenol. +Đánh giá các điều kiện tự nhiên, nhân tạo của khu đất xây dựng nhà máy làm cơ sở cho các giải pháp bố trí sắp xếp các hạng mục công trình, các công trình kỹ thuật, biện pháp giải quyết các vấn đề vi khí hậu của nhà máy và các nhà sản xuất...Sao cho phù hợp tối đa yêu cầu dây chuyền công nghệ của nhà máy lân cận trong vùng công nghiệp. Xác định cơ cấu mặt bằng, hình khối kiến trúc của các hạng mục công trình, định hƣớng nhà, tổ chức mạng lƣới công trình phục vụ công cộng, trồng cây xanh, hoàn thiện khu đất xây dựng, hƣớng phân chia thời kỳ xây dựng. Nghiên cứu khả năng mở rộng và phát triển của nhà máy. + Giải quyết các vấn đề có liên quan đến môi trƣờng qua các giải pháp để đảm bảo yêu cầu vệ sinh công nghiệp, chống ồn chống ô nhiễm mặt nƣớc và khí quyển, cũng nhƣ các vấn đề liên quan đến an toàn sản xuất nhƣ hoả hoạn hoặc các sự cố đặc biệt khác. + Giải quyết các quan hệ về cảnh quan đô thị với môi trƣờng xung quanh tạo khả năng hoà nhập của nhà máy với các nhà máy lân cận, phù hợp hài hoà với không gian tự nhiên của vùng. 2.Các yêu cầu khi thiết kế tổng mặt bằng nhà máy: Để có đƣợc phƣơng án tối ƣu khi thiết kế quy hoạch tổng mặt bằng nhà công nghiệp cần phải thoả mãn các yêu cầu cụ thể nhƣ sau: + Giải pháp thiết kế tổng mặt bằng nhà máy phải đáp ứng đƣợc mức cao nhất của dây chuyền công nghệ sao cho chiều dài dây chuyền sản xuất ngắn nhất, không trùng lặp lộn xộn, hạn chế tối đa sự giao nhau. Bảo đảm mối liên hệ mật thiết giữa các hạng mục công trình với hệ thống giao thông, các mạng lƣới cung cấp kỹ thuật khác bên trong và bên ngoài nhà máy. + Trên khu đất xây dựng nhà máy phải đƣợc phân thành các khu vực chức năng theo đặc điểm của sản xuất, yêu cầu vệ sinh, đặc điểm sự cố, khối

+ Phân chia thời kỳ sản xuất hợp lý, tạo điều kiện thi công nhanh, sớm

lƣợng phƣơng tiện vận chuyển, mật độ nhân công,.. Tạo điều kiện tốt cho việc quản lý vận hành của các khu vực chức năng. + Diện tích khu đất xây dựng đƣợc tính toán thoả mãn mọi yêu cầu đòi hỏi của dây chuyền công nghệ trên cơ sở bố trí hợp lý các hạng mục công trình, tăng cƣờng vận dụng các khả năng hợp khối nâng tầng sử dụng tối đa các diện tích không xây dựng để trồng cây xanh tổ chức môi trƣờng công nghiệp và định hƣớng phát triển mở rộng nhà máy trong tƣơng lai. + Tổ chức hệ thống giao thông vận chuyển hợp lý phù hợp với dây chuyền công nghệ, đặc tính hàng hoá đáp ứng mọi yêu cầu sản xuất và quản lý, luồng ngƣời luồng hàng phải ngắn nhất không trùng lặp nhau. Ngoài ra, còn phải chú ý khai thác phù hợp với mạng lƣới giao thông quốc gia cũng nhƣ các cụm nhà máy lân cận. + Phải thoả mãn các yêu cầu vệ sinh công nghiệp, hạn chế tối đa các sự cố sản xuất, đảm bảo yêu cầu vệ sinh môi trƣờng bằng các giải pháp phân khu chức năng, bố trí hƣớng nhà hợp lý theo hƣớng gió chủ đạo của khu đất. Khoảng cách của các hạng mục công trình phải tuân theo quy phạm thiết kế, tạo mọi điều kiện cho việc thông thoáng tự nhiên hạn chế bức xạ nhiệt của mặt trời truyền vào nhà. + Khai thác triệt để các đặc điểm khí hậu địa phƣơng nhằm giảm đến mức có thể chi phí san nền, xử lý nền đất, tiêu huỷ, xử lý các công trình ngầm khi bố trí các hạnh mục công trình. + Phải đảm bảo tốt mối quan hệ hợp tác mặt thiết kế với các nhà máy lân cận trong khu công nghiệp với việc sử dụng chung các công trình đảm bảo kỹ thuật, Xử lý chất thải chống ô nhiễm môi trƣờng cũng nhƣ các công trình hành chính phục vụ công cộng... Nhằm mang lại hiệu quả kinh tế, hạn chế vốn đầu tƣ xây dựng nhà máy và tiết kiệm diện tích xây dựng. đƣa nhà máy vào sản xuất, nhanh chóng hoàn vốn đầu tƣ xây dựng. + Bảo đảm các yêu cầu thẩm mỹ của từng công trình, tổng thể nhà máy. Hoà nhập đóng góp cảnh quan xung quanh tạo thành khu cảnh kiến trúc công nghiệp đô thị. 3.Những giải pháp thiết kế tổng mặt bằng nhà máy: Trong quá trình nghiên cứu, thiết kế tổng mặt bằng nhà máy cần vận dụng linh hoạt các biện pháp có tinh nguyên tắc sau, để đạt đƣợc hiệu quả cao nhất khi tiến hành nghiên cứu thiết kế tổng mặt bằng. Đây là một biện pháp có tính định hƣớng ban đầu để có thể đi đến giải pháp quy hoạch tổng mặt bằng nhà máy hợp lý. Thực chất của biện pháp này là phân chia các bộ phận chức năng

của nhà máy thành các nhóm theo đặc điểm vận chuyển hàng hoá, đặc điểm sản xuất, khối lƣợng và đặc điểm vận chuyển hàng hoá, đặc điểm phân bố nhân lực, đặc điểm và các yêu cầu vệ sinh công nghiệp cũng nhƣ các đặc thù sự cố của các công đoạn sản xuất.

*Giải pháp phân vùng: Tuỳ theo đặc thù sản xuất của nhà máy mà ngƣời ta thiết kế sẽ vận dụng nguyên tắc phân vùng cho hợp lý. Trong thực tiễn thiết kế, biện pháp phân chia khu đất thành các vùng theo đặc điểm sử dụng là phổ biến nhất. Biện pháp bày phân chia khu đất thành 4 vùng chính.

3 4 1

a.Vùng trước nhà máy: Nơi bố trí các nhà hành chính quản lý, phục vụ sinh hoạt, cổng ra vào, gara ôtô và xe đạp... Đối với các nhà máy có quy mô nhỏ hoặc mức độ hợp khối lớn, vùng trƣớc nhà máy hầu nhƣ đƣợc dành diện tích cho bãi đỗ xe ôtô, xe gắn máy, cổng bảo vệ, bảng tin và cây xanh cảnh quan. Diện tích vùng này tuỳ theo yêu cầu đặc điểm sản xuất, quy mô của các nhà máy có diện tích từ 4  20% diện tích toàn nhà máy. b.Vùng sản xuất: Nơi bố trí các nhà và các công trình nằm trong dây chuyền sản xuất chính của nhà máy, nhƣ các xƣởng sản xuất chính, phụ, sản xuất phụ trợ... Tuỳ theo đặc điểm sản xuất và quy mô của nhà máy diện tích vùng này chiếm 22  52% diện tích của nhà máy. Đây là vùng quan trọng nhất của nhà máy nên khi bố trí cần lƣu ý một số điểm sau: -Khu đất đƣợc ƣu tiên về điều kiện địa hình,địa chất cũng nhƣ về hƣớng -Các nhà sản xuất chính , phụ trợ sản xuất có nhiều công nhân nên bố trí gần nơi phía cổng hoặc gần trục giao thông chính của nhà máy và đặc biệt ƣu tiên về hƣớng. -Các nhà xƣởng trong quá trình sản xuất gây ra tác động xấu nhƣ tiếng ồn lớn, lƣợng bụi, nhiệt thải ra nhiều hoặc dễ có sự cố nên đặt ở cuối hƣớng gió và tuân thủ chặt chẽ theo quy cách vệ sinh công nghiệp. c.Vùng các công trình phụ:

-Tận dụng các khu đất không thuận lợi về hƣớng hoặc giao thông để bố

-Các công trình có nhiều bụi, khói hoặc chất không thuận lợi đều phải

Nơi đặc các nhà và công trình cung cấp năng lƣợng bao gồm các công trình cung cấp điện, hơi.... Xử lý nƣớc thải và các công trình bảo quản kỹ thuật khác. Tuỳ theo yêu cầu mức độ của công nghệ mà vùng này có diện tích từ 1428% tổng diện tích nhà máy. Khi bố trí các công trình trên vùng này ngƣời ta thiết kế cần lƣu ý một số điểm sau: -Hạn chế tối đa chiều dài của hệ thống cung cấp kỹ thuật bằng cách bô trí hợp lý giữa nơi cung cấp và tiêu thụ năng lƣợng ( khai thác tối đa hệ thống cung cấp ở trên không và ngầm dƣới mặt nƣớc). trí các công trình phụ. chú ý bố trí cuối hƣớng gió chủ đạo. d.Kho tàng và phục vụ giao thông: Trên đó, bố trí các hệ thống kho tàng bến bãi, các cầu bốc dỡ hàng hoá, san ga nhà máy... Tuỳ theo đặc điểm sản xuất và qui mô nhà máy vùng này thƣờng chiếm từ 2337% tổng diện tích nhà máy. Khi bố trí vùng này nguời thiết kế cần lƣu ý một số điểm sau: -Cho phép bố trí các công trình trên vùng đất không ƣu tiên về hƣóng. Nhƣng phải phù hợp với các nơi tập kết nguyên liệu và sản phẩm của nhà máy để dễ dàng cho việc nhập, xuất hàng của nhà máy. -Tuy nhiên, trong nhiều trƣờng hợp, do đặc điểm và yêu cầu của dây chuyền công nghệ, hệ thống kho tàng có thể bố trí một phần hệ thống kho tàng nằm ngay trong khu vực sản xuất. Vì vậy ngƣời thiết kế có thể bố trí một phần hệ thống kho tàng nằm ngay trong khu vực sảnxuất. *Hợp khối các công trình có ƣu điểm sau: +Ưu điểm: Số lƣợng các công trình giảm, thuận lợi cho quy hoạch mặt bằng.

-Tiết kiệm đất xây dựng từ 1030%. -Rút ngắn mạng lƣói giao thông vận chuyển từ : 2025%. -Giảm giá thành xây dựng từ : 1018%. -Rút ngắn thời gian xây dựng từ : 2025%. -Năng suất lao động tăng từ : 2025%.

+ Nhược điểm:

Mặc dù có nhiều ƣu điểm nhƣng trong điều kiện xây dựng ở Việt Nam

nếu áp dụng không hợp lý sẽ gặp các nhƣợc điểm sau:

-Không phù hợp với các xƣởng,các công đoạn sản xuất có đặc điểm,

tính chất sản xuất khác nhau.

-Điều kiện thông thoáng chiếu sáng tự nhiên kém. -Gặp nhiều khó khăn trong việc thoát nƣớc mái. -Trong các điều kiện địa hình, địa chất không thuận lợi sẽ rất tốn kém cho chi phí san nền và gia cố nền móng. Bởi vậy, khi thiết kế cần xem xét kỹ các điêu kiện của giải pháp hợp khối các công trình để lựa chọn các biện pháp thiết kế thích hợp.

-Bố trí khoảng cách các công trình hợp lý đảm bảo các quy phạm về phòng hoả, cách ly theo điều kiện vệ sinh công nghiệp đảm bảo các điều kiện mở rộng nhà máy. Trong quá trình nghiên cứu thiết kế quy hoạch mặt bằng nhà máy cần lƣu ý đến yếu tố phát triển mở rộng nhà máy trong tƣơng lai, trong các trƣờng hợp sau:

-Nâng cao công suất của nhà máy . -Mở rộng sản xuất sản phẩm mới. -Thay thế các máy móc thiết bị mới.

Trong xây dựng mở rộng nhà máy cần phải thoả mãn các điều kiện sau: -Trong quá trình xây dựng mở rộng nhà nhà máy không đƣợc ảnh

hƣởng đến các công trình hiện có.

-Không phá vỡ không gian kiến trúc đã có mà phải tăng thêm khả năng

thẩm mỹ hoàn chỉnh không gian dự kiến.

-Tuyệt đối không ảnh hƣởng đến dây chuyền sản xuất đã có. -Dự kiến các vị trí khu đất có thể phát triển để khi mở rộng không ảnh

hƣởng đến dây chuyền sản xuất và hệ thống giao thông của nhà máy. 4.Mặt bằng nhà máy: Vì dây chuyền sản xuất có tính chất và đặc điểm của sản xuất gần giống nhau do đó thiết kế mặt bằng phân xƣởng sản xuất theo nguyên tắc hợp khối với tổng diện tích là : 14010 m2.

PHẦN IV TÍNH TOÁN KINH TẾ

I.Mục đích:

Tính toán kinh tế là một phần quan trọng trong việc thiết kế phân xƣởng

sản xuất , nhằm giúp cho ngƣời thiết kế hiểu đƣợc hoạt động của nhà máy , kết quả của việc tính toán nó cho phép ta quyết định đƣợc nhà máy đó có nên hoạt động đƣợc không , có hiệu quả kinh tế không . II.Nội dung tính toán : 1.Tính chi phí cố định :

a.Tính vốn đầu tƣ xây dựng chung của nhà máy ; Mặt bằng của nhà máy đƣợc thiết kế nằm trong khu công nghiệp của nhà nƣớc , đƣợc chinhs phủ cấp cho xây dựng , nên không phải chi phí cho việc mua mặt bằng .

Chi phí để xây dựng cho tất cả các hạng mục công trình trong nhà máy

là: 2.2.106 VNĐ / m2 .

Tổng diện tích cần xây dựng của nhà máy là : 3954 m2 . Vậy tổng vốn

xây dựng các hạng mục công trình trong nhà máy là : 3954 x 2,2.106 = 8698,8.106 VNĐ . Ngoài ra còn chi phí cho các công trình khác nhƣ : đƣờng giao thông , tƣờng rào , mua cơ sở vật chất bàn ghế ,... khoảng 8% tổng vốn đầu tƣ xây dựng . Tức là : 0,8 x 8698,8.106 = 695,904.106 VNĐ . Vậy tổng vốn đầu tƣ xây dựng cho nhà máy là : Pxd = 8698,8.106 + 695,904.106 = 9394,7.2106 VNĐ . b.Vốn đầu tƣ cho thiết bị , máy móc của nhà máy : *Bảng kê khai chi phí đầu tƣ cho thiết bị : STT Thành tiền Tên thiết bị

1 Thiết bị nitro hoá 2 Thiết bị nitro hoá hoàn Số lƣợng 1 1 Đơn giá VNĐ) 200.106 200.106 (VNĐ) 200.106 200.106

toàn

3 Thieets bị lắng 4 Thiết bị làm lạnh 5 Thiết bị rửa bằng Na2CO3 6 Thiết bị rửa bằng nƣớc 7 Thiết bị phân ly 8 Máy nén 1 1 1 1 3 2 150.106 80.106 150.106 150.106 100.106 25.106 150.106 80.106 150.106 150.106 300.106 50.106

2 8 10 4

9 Máy khoấy 10 Bơm 11 Thùng chứa 12 Thùng lƣờng 13 Tổng 50.106 25.106 80.106 10.106 80.106 8.106 32.106 8.106 1512.106

c.Vốn đầu tƣ cho việc vận chuyển , lắp đặt thiết bị : Chi phí cho việc vận chuyển và lắp đặt bằng 5% giá mua thiết bị .Khi đó

ta đƣợc :

Pvc = 0.15 x1512.106 = 226,8.106 VNĐ . Tổng vốn đầu tƣ cho thiết bị là: Ptbij = 1512.106 + 226,8.106 = 1738,8.106 VNĐ d.Tổng vốn đầu tƣ cố định là : Pđt = 9394,7.2106 + 1512.106 + 226,8.106 = 11133,5.106 VNĐ .

2.Tính chi phí vốn lƣu động :

a.Chi phí cho việc mua nguyên liệu : Lƣợng nguyên liệu cần dùng trong 1(h) để sản xuất ra 4948,962 kg sản

phẩm nitrobenzen bao gồm :

Lƣợng benzen kỹ thuật Lƣợng hổn hợp melanzơ Lƣợng axit sunfuric 96% Lƣợng Na2CO3 6% Lƣợng nƣớc : 3241,310 kg / h. : 2882,721 kg / h. : 4785,768 kg / h. : 10091,186 kg / h. : 349,079 kg / h.

*Bảng kê khai chi phí nguyên liệu cho nhà máy:

Tên nguyên liệu khối lƣợng

Hổn hợp melanzơ

(kg/h) 2882,721 4785,768 Đơn giá (VNĐ/ kg) 1500 1700

Axit sunfuric 96% Benzen kỹ thuật Na2CO3 6% Nƣớc 3241,310 10091,186 349,079 4000 1200 800 Thành tiền Thành tiền (VNĐ/năm) (VNĐ/ h) 35284,5.106 4,324.106 66388,2.106 8,136.106 105796,3.106 12,965.106 12,109.106 98813,1.106 0,279.106 22278,8.106

21350,064 37,814.106 Tổng

308560,9.106

b.Chi phí năng lƣợng cho nhà máy: *Điện dùng để cấp cho dây chuyền công nghệ hoạt động đƣợc xác định theo công thức sau : W1 = K1 x K2 x Ni x Ti ; Kwh .

đó :

Trong W1 : Điện năng dùng trong 1 (h) .

Ni : Công suất động cơ thứ i ; Kwh .

n : Số động cơ .

Ti : Thowifg gian swrt dụng của động cơ = 1 (h).

K1 : Hệ số phụ tải , thƣờng lấy bằng 0,75 .

K2 : Hệ số tổn thất , thƣờng lấy bằng 1,05.

*Bảng lƣợng điện cần dùng trong dây chuyền nhà máy:

STT Tên thiết bị n Ni (Kwh) K1 K2 Ti(h) W1 (Kwh)

Máy khoấy 2 11 0,75 1,05 1 17,33 1

Máy nén 2 20 0,75 1,05 1 31,5 2

Thiết bị lắng 2 1,7 0,75 1,05 1 1,34 3

Bơm HK 4 8,6 0,75 1,05 1 27,09 4

Bơm UT 4 5,4 0,75 1,05 1 17,01 5

Bơ 2X-6113a 1 5,4 0,75 1,05 1 4,25 6

7 Tổng 15 98,52

W2 = Pi x Ti ; Kwh .

W2 : Điện dùng trong 1(h). Pi : Công suất động cơ thứ i ; Kwh . Ti : Thời gian sử dụng thắp sáng = 1 (h) . n : Số bóng đèn .

*Điện dùng thắp sáng trong nhà máy đƣợc tính theo công thức sau : ` Trong đó : *Bảng kê khai điện dùng để thắp sáng trong nhà máy :

n Pi (W) W2 (wh) STT Tên công trình

Nhà sản xuất chính Kho chứa nguyên liệu Kho chứa sản phẩm Bể chứa nƣớc Khu xử lý khí thải Khu xử lý nƣớc thải Trạm cơ khí Trạm điện Nhà cứu hoả Phòng hành chính

40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 100 48 48 32 10 18 18 10 10 6 18 18 10 10 10 8 8 40 1920 1920 1280 400 720 720 400 400 240 720 720 400 400 400 320 320 4000

16240

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Căn tin 12 Gara ôtô nhỏ 13 Gara ôtô lớn 14 Nhà để xe đạp Phòng bảo vệ 15 16 Nhà vệ sinh 17 Đƣờng giao thông 18 T Tổng GIá điện dùng trong công nghiệp là : 1000 VNĐ / Kwh . Giá điện dùng cho thắp sáng là : 500 VNĐ / Kwh .

Vậy : Chi phí điện năng dùng trong toàn bộ nhà máy là trong một giờ là : Pđiện = 1000 x 98,52 + 500 x 16,240 = 106640 VNĐ / h . Điện dùng để thắp sáng là 16 h một ngày. Cho nên tổng lƣợng điện dùng trong một năm là :106640 x 16 x 340 = 580,12.106 VNĐ/ năm . c.Tính tiền lƣơng cho công nhân : *Bảng tính lƣơng cho công nhân , cán bộ làm việc trong nhà máy là: Số tiền cho Số ngƣời làm STT Nơi làm việc của một năm việc trong một công nhân (VNĐ/năm) ngày 33,6.106 1 60,0.106 2 48,0.106 2 60,0.106 2 Số tiền lƣơng cho một ngƣời (VNĐ /tháng) 2,8.106 2,5.106 2.106 2,5.106 Giám đốc Phó giám đốc Thƣ ký Cán bộ kỹ thuật 1 2 3 4

Nhà sản xuất chính Sản xuất phụ Kho chứa Thợ cơ khí Thợ điện Phòng hành chính Phòng bảo vệ

5 6 7 8 9 10 11 12 Dịch vụ bán hàng 13 21 6 21 6 6 8 6 2 87 1,8.106 1,8.106 1,8.106 1,8.106 1,8.106 2.106 1,5.106 1,8.106 453,6.106 129,6.106 453,6.106 129,6.106 129,6.106 192,0.106 108,6.106 129,6.106 1927,8.106 Tổng

Ngoài ra còn một số chi phí khác :

Tiền bồi dƣỡng cho nhân viên trong một năm bằng 5% tổng tiền lƣơng

Tiền bảo hiểm cho nhân viên là : 30000 (VNĐ/ năm) cho mỗi ngƣời .

Vậy tổng chi phí tiền cho nhân viên trong một năm là: 1927,8.106 + 96,36.106 + 2,61.106 = 2024,19.106 .106 VNĐ /năm .

Tổng vốn đầu tƣ xây dựng : Pxd = 9394,7.106 VNĐ . Tổng đầu tƣ cho thiết bị là : Ptbị = 1738,8.106 VNĐ . *Tính chi phí khấu hao cơ bản : -Nhà sản xuất có thời gian khấu hao là 20 năm . Do đó mức khấu hao

cho công nhân. Tức là : 0,05 x 1927,8.106 = 96,36.106 VNĐ / năm. Tức là : 87 x 30000 = 2,61.106 VNĐ / năm . 3.Tính khấu hao : trong một năm của nhà sản xuất là :

VNĐ / năm.

-Thiết bị có thời gian khấu hao là : 15 năm .Do đó mức khấu hao của

thiết bị trong một năm là :

VNĐ/ năm .

-Mức khấu hao cho việc sữa chữa thiết bị , cho công trình xây dựng lấy

Vậy tổng mức khấu hao là : 469,7.106 + 115,92.106 + 29,3.106 = 614,92.106 VNĐ / năm .

bằng 5% mức khấu hao cơ bản . Tức là : 0,05 x ( 469,7.106 + 115,92.106 ) = 29,3.106 VNĐ / năm . 4.Tính giá thành của sản phẩm : Năng suất của nhà máy là : 45000000 kg/ năm .

+Chi phí mua nguyên liệu : 308560,9.106 VNĐ / năm . +Chi phí cho điện năng : 580,12.106 VNĐ/ năm . +Chi phí cho nhân viên : 2024,19.106 VNĐ/ năm . +Khấu hao : 614,92.106 VNĐ/ năm .

Vậy lợi huận của nhà máy sau mỗi năm là : L = 3217,1.106 – 160,1.106 = 3057.106 VNĐ / năm .

Tổng vốn đầu tƣ cố định 11133,5.106 = = 3.1 (năm) Lợi nhuận + Khấu hao 3057.106 + 614,92.106

Đơn giá của sản phẩm là : 7000 VNĐ / kg sản phẩm . Vậy tổng doanh thu của nhà máy trong một năm là : Psp = 45000000 x 7000 = 315000.106 VNĐ / năm . 5.Tính lợi nhuận của nhà máy trong một năm : Tổng vốn lƣu động của nhà máy bao gồm : Suy ra tổng vốn lƣu động của nhà máy là : Pld =308560,9.106 + 580,12.106 + 2024,19.106 + 614,92.106 = = 311782,9.106 VNĐ / năm . Lợi nhuận của nhà máy trƣớc thuế là : L = Psp- Pld =315000.106 +311782.9.106 = 3217,1.106 VNĐ/ năm . Thuế của nhà nƣớc thu từ doanh nghiệp này là 5% lợi nhuận cho mỗi năm .Do Vậy nhà máy phai r nộp thuế cho nhà nƣớc là : 0,05 x 3217,1.106 = 160,1.106 VNĐ / năm . 6.Tính thời gian thu hồi vốn : T = Nhận xét : Vậy sau 3 năm và 1 tháng hoạt động nhà máy thu hồi lại vốn . Xét về mặt kinh tế thì nhà máy này làm ăn có lãi . Do đó nên xây dựng nhà máy này.

Phần IV AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ VỆ SINH MÔI TRƢỜNG.

I.An toàn lao động :

Nhƣ vậy để đảm bảo tốt cần phải tuân thủ theo các yêu cầu sau:

-Khi thiết kế phải bố trí các hạng mục công trình theo đúng qui định , hợp

-Các thiết bị phải đảm bảo an toàn cháy nổ tuyệt đối , khong cho các hiện

-Phải có hệ thống tự động hoá an toan lao động và báo động kịp thời khi

-Bố trí các máy móc thiết bị thoáng , các đƣờng ống trong nhà máy phải

-Kho , bể chứa sản phẩm và nguyên liệu phải đƣợc bao che , tranh xa

Nền công nghiệp hoá chất nói chung , phân xƣởng sản xuất nitrobenzene nói riêng , rất độc hại cho con ngƣời và môi trƣờng .Vì vậy để đảm bảo an toàn lao động cho con ngƣời và vệ sinh cho môi trƣờng thì trong sản xuất phải đảm bảo các qui trình sau đây : Trong quá trình thiết kế phân xƣởng sản xuất thì khâu an toàn lao động là hết sức cần thiết , nhằm cải thiện điều kiện làm việc cho công nhân trong nhà máy Vì vậy ngay từ đầu thiết kế phải bố trí cho hợp lí , huấn luyện tuyên truyền các qui định cho công nhân hiểu rõ . 1.Yêu cầu về phòng cháy chữa cháy : -Thƣờng xuyên thực hiện các công tác giáo dục đến công nhân lao động trong phân xƣởng , thực hiện những qui định chung của nhà máy , tiến hành kiểm tra điịnh kì , thực hiện các thao tác an toàn lao động trong sản xuất . lí theo hƣơng gió tại địa điểm xây dựng . tƣợng rò rỉ khí snar phẩm hay nguyên liệu ra ngoài , khi thết kế cần chọn nhứng nguyên liệu có khả năng chống cháy nổ cao để thay thế cho những loại nguyên liệu có khử năng cháy nổ lớn . co cháy nổ xảy ra . đảm bảo , hạn chế các đƣờng ống chồng chéo lên nhau . nguồn lửa, điện . -Bố trí các thiết bị dể cháy , nổ ra xa nguồn điện, lửa, tia lửa điện.

-Vận hành các thiết bị phải theo đúng các thao tác kỹ thuật , khi làm việc

-Trong trƣờng hợp muốch sữa chữa các thiết bị có chứa khí dể cháy nổ ,

-Giảm thấp nồng độ các chất dể cháy nổ đến mức cần thiết trong khu sản

-Trong nhà máy phải có đội ngũ phòng, cháy chữa cháy thƣờng trực

-Trong quá trình sản xuất phải đảm bảo các thiết bị áp lực lớn , hệ thống

-Trong công tác bảo quản các kho, bể chứa phải tránh hút thuốc, phải

phải tuân theo các thao tác chặt chẽ . phải dùng khí trơ thổi ra khỏi thiết bị , sau đó mới đƣợc sữa chữa . xuất . 24/24h trong ngày , luôn sẳn sàn , bố trí đầy đủ trang thiết bị phòng cháy , chữa cháy hiện đại , đáp ứng đƣợc yêu cầu cho việc cứu chữa . điện phải đƣợc thiết kế an toàn nhất , phải có thiết bị bảo hiểm , che chắn . -Phải trang bị quần , áo phòng hộ lao động cho công nhân làm việc. 2.Trang bị phòng hộ lao động : Những công nhân làm việc trong nhà máy phải đƣợc giáo dục thƣờng xuyên về nội qui an toàn lao động , thực hiện tốt các thao tác trong khi làm việc , đúng kỹ thuật . -Trong nhà máy phải tuyệt đối không dùng lửa, tránh các va chạm cần thiết để gây ra tia lửa điện , trong sửa chữa phải tránh dùng nguồn điện cao áp. trang bị khẩu trang, quần , áo, … hợp lý . -Phải kiểm tra sức khoẻ định kỳ cho công nhân , phát hiện những bệnh phổ biến để phòng tránh , đảm bảo chế độ lao động cho công nhân theo qui định của nhà nƣớc . II. Vệ sinh môi trƣờng :

Mặt bằng nhà máy phải chọn tƣơng đối bằng phẳng có hệ thông thoát nƣớc và xử lý nƣớc thải tốt . Đặt nhà máy cách ly khu dân cƣ một khoảng cách an toàn , cuối hƣớng gió phải trồng nhiều cây xanh xung quanh nhà máy để tạo môi trƣờng tốt hơn .

Khi thiết kế nhà máy phải tuân thủ theo qui định trong xây dựng , phải

đảm bảo thông gió , chiếu sáng , thoát khí cho công nhân làm việc .

1.Xử lý khí thải :

Các nhà máy , xí nghiệp thì môi trƣờng không khí trong sản xuất có ảnh hƣởng lớn đến sức khoẻ của con ngƣời làm việc .Vì vậy chúng ta luôn luôn tạo điều kiện môi trƣờng tốt trong nhà máy .Giải quyết đƣợc điều kiện vệ sinh đó không chỉ giảm bớt đƣợc các bệnh nghề nghiệp cho công nhân mà còn tạo

đƣợc điều kiện làm vieec tốt cho công nhân làm việc từ đó nâng cao năng suất của công việc .

Các chất độc hại đối với sức khoẻ của con ngƣời còn mang tên là độc tố

con ngƣời trong đó kể cả bụi độc .

Các chất đƣợc coi là độc hại nêu nhƣ một số lƣợng lớn rơi vào cơ thể của con ngƣời , khi đó ngƣời sẽ bị nhiễm độc và bệnh tật .Sự nhiễm độc đó có thể ngay tức khắc hoặc sau một thời gian .

Trong điều kiện sản xuất độc tố có thể thâm nhập vào cơ thể con ngƣời

vào cơ quan hô hấp , qua da và qua con đƣờng ăn uống .

Các chất bụi đƣợc tách ra bay vào không khí của các phòng sản xuất do thực hiện các quá trình công nghệ khác nhau . Dựa vào tác hại của bụi của cơ thể con ngƣời mà ngƣời ta chia làm hai loại bụi độc và bui không độc . Khi con ngƣời gặp phải thì dể mắc bệnh nghề nghiệp , bệnh cấp tính , .… Vì vậy phải hết sức cẩn thận trong khi làm việc .

Để ngăn chặn hơi , khí , bụi độc hại thì trong công nghiệp sản xuất ngƣời ta thƣờng bố trí thiết bị độc hại ra xa khu vực đông ngƣời, đồng thời có hệ thông thông gió nhất định .

Chủ yếu ngƣời ta dùng các công nghệ xử lý khí nhƣ : hấp thụ ,hấp phụ,

trung hoà , lọc, hút , …

2. Xử lý nƣớc thải :

Nƣớc thải thƣờng chứa các hợp chất cơ học khác nhau .Vì vậy mục đích xử lý nƣớc thải là khử các tạp chất đó sao cho nƣớc sau khi xử lý đạt yêu cầu thải ra môi trƣờng .

Các quá trình xử lý nƣớc thải đƣợc chia thành các công đoạn xử lý nhƣ

sau : cấp I, cấp II, cấp III .

+Xử lý cấp I : Gồm các quá trình xử lý sơ bộ và lắng , bắt đâù từ song chắn sau đó đến xử lý cấp I . Công đoạn này có nhiêm vụ khử các vật rắn nổi có kích thƣớc lớn và các tạp chất có kích thƣớc lớn ra khỏi nƣớc thải để bảo vệ bơm và đƣờng ống .

+Xử lý cấp II : Gồm các quá trình sinh học , hoá học có tác dụng khử hầu hết các tạp chất hữu cơ hoà tan có thể phân huỷ bằng con đƣờng sinh học nhƣ : hoạt hoá bùn , lọc sinh học hay oxy hoá sinh học trong các ao hồ và phẩm huỷ , yếm khí ,…

+Xƣ lý cấp III : Thƣờng gồm các quá trình : Vi lọc , kết tủa hoá học và đông tụ , hấp thụ bằng than hoạt tính , zeolic, trao đổi cation , them thấu ngƣợc, điện thấm tích , các quá trình khử các chất dinh dƣỡng , clo hoá , ozon hoá , …

KẾT LUẬN

Sau khoảng thời gian gần 4 tháng nghiên cứu đề tài : ‘Thiết kế phân xƣởng sản xuất nitrobenzen với năng suất 45000 tấn / năm ‘.Từ sự nổ lực làm việc của bản thân , với sự hƣớng dẫn tận tình của thầy giáo GS.TS Đào Văn Tƣờng , cùng với các thầy cô giáo trong bộ môn công nghệ Hữu Cơ -Hoá Dầu của trƣờng ĐHBK Hà Nội , đến nay em đã hoàn thành bản đồ án đúng thời gian quy định .

Qua bản đồ án này đã giúp cho em hiểu đƣợc cơ bản về quá trình thiết kế một phân xƣởng sản xuất hoá chất ở quy mô công nghiệp , phần nào biết áp dụng kết quả lý thuyết vào trong thực tế sản xuất, cụ thể nhƣ sau :

-Phần tổng quan lý thuyết : Năm đƣợc tính chất của nguyên liệu và sản phẩm , cũng nhƣ ứng dụng của nó trong thực tế sản xuất . Hiểu đƣợc cơ chế , động học , các thông số công nghệ nhƣ : nhiệt độ , áp suất , nồng độ , thời gian lƣu, … của một quá trìng phản ứng . Biết cách so sánh các chỉ tiêu kỹ thuật của quá trình phản ứng , từ đó lựa chọn công nghệ thích hợp nhất , nhằm đem lại năng suất và chất lƣợng sản phẩm cao, giá thành rẻ , kinh tế nhất .

-Phần tính toán công nghệ : Biết cách tính toán cân bằng vật chất ,cân bằng nhiệt lƣợng của dây chuyền sản xuất , tính đƣờng , chiều cao , bề dày , chân đỡ , chọn vật liệu làm thiết bị ,…

-Phần xây dựng : Nắm đƣợc cách chọn địa điểm xây dựng nhà máy , hiểu đƣợc cơ bản về sự bố trí các hạng mục công trình trong toàn bộ nhà máy theo hƣớng gió nhất định , bố trí các thiết bị trong phân xƣởng sản xuất , trên cơ sở đó thiết kế tổng thể mặt bằng để xây dựng nhà máy sản xuất .

-Phần tính toán kinh tế : Hiểu đƣợc cơ bản về sự tính toán các chi phí cũng nhƣ doanh thu trong toàn bộ nhà máy , từ đó xét tính hiệu quả kinh tế của một nhà máy .

-Phần an toàn lao động và vệ sinh môi trƣờng :Nhận biết đƣợc mức độ độc hại của khí thải , cũng nhƣ sự nguy hiểm trong nhà sản xuất , để từ đó phân bố vị trí làm việc của con ngƣời và thiết bị phòng chống một cách có hiệu quả nhất , nhằm đem lại sự trong sạch cho môi trƣờng và con ngƣời .

Tuy nhiên , do khả năng của bản thân , thời gian , tài liệu còn hạn chế và lần đầu tiên đƣợc nhận nhiệm vụ thiết kế phân xƣởng sản xuất ở quy mô công nghiệp , nên chắc chắn còn nhiều thiếu sót , em rất mong quý thầy cô giáo tạo điều kiện , giúp đỡ cho em , để em đƣợc hiểu hơn .

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Tập thể: Văn đình Đệ, Trịnh Thanh Đoan, Dƣơng Văn Tuệ, Nguyễn Thị Minh Nguyệt, Nguyễn Đăng Quang, Nguyễn Thị Thanh , Hoàng Trọng Yêm.

Hoá Học Hữu Cơ NXB KH & KT . 2002.Tập 3.

2.Nguyễn Thị Thanh .

Hóa hữu cơ. Tập 2 . Hợp chất hữu cơ mạch vòng.

Nhà xuất bản Giáo Dục. 1998.

3. Nguyễn Minh Châu.

Hóa hữu cơ.

Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Qui Nhơn. 1995

4. Lê Mậu Quyền.

Hóa học vô cơ.

Nhà xuất bản Khoa Học và Kỹ Thuật. 2000.

5. Hoàng Nhâm.

Hóa học vô cơ. Tập 2.

Nhà xuất bản Giáo Dục. 2001.

6. Trƣờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội.

Bộ môn tổng hợp hữu cơ.

Kỹ thuật tổng hợp các chất hữu cơ trung gian. 1974.

7. Nguyễn Thạc Cát (Chủ Biên), Hoàng Minh Châu, Đỗ Tất Hiển,

Nguyễn Quốc Tín.

Từ điển hóa học phổ thông.

Nhà xuất bản Giáo Dục. 2002.

8. Vũ Thế Trí.

Tổng hợp các chất trung gian.

Đại Học Bách Khoa Hà Nội . 1974.

9. Phan Minh Taõn.

Tổng hợp hữu cơ và hoá dầu. T2. Trƣờng ĐHBK TPHCM. NXB

Đại học Quốc Gia TP HCM. 2001.

10.Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khuông, Hồ Lê Viên.

Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất. Tập 1.

Nhà xuất bản Khoa Học và Kỹ Thuật. 1992.

11.Trần Công Khanh

Thiết bị phản ứng tổng hợp các hợp chất hữu cơ . NXB KH & KT

năm 1986 .

12.Ullman’s encyclopedia of industrial chemistry. Vol A17, A3.

13.Tadeu S .Z.Urbanski . Nitro compound . 1964.

14.Carl . R . Noler .Chemistry of organic compound . 1957.

15.Tập thể : Nguyễn Bin , Đỗ Văn Đài , Lê Văn Dƣơng ,

Long Thanh Hùng , Đinh Văn Huỳnh , Nguyễn Trọng Khuông , Phan Văn Thơm , Phạm Xuân Toản , Trần Xoa .

Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất . Tập 1. NXB KH & KT . Hà Nội 1991.

16.Tập thể : Nguyễn Bin , Đỗ Văn Đài , Lê Văn Dƣơng ,

Long Thanh Hùng , Đinh Văn Huỳnh , Nguyễn Trọng Khuông Phan Văn Thơm , Phạm Xuân Toản , Trần Xoa .

Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất . Tập 2. NXB KH & KT . Hà Nội 1999.

17.Nguyễn Bin.Tính toán các quá trình công nghệ hoá chất và thực

phẩm . NXB KH & KT . Hà Nội 1998 .

18.Phạm Xuân Toản

Các quá trình và thiết bị trong công nghệ hoá chất và thực phẩm . Tập 3 .NXB KH & KT . Hà Nội 2003 .

19.PGS.TS Ngô Bình ,TS Phùng Ngọc Thạch , Nguyễn Minh Hậu,

Phan Đình Tính .

Cơ sở xây dựng nhà công nghiệp . Đại Học Bách Khoa Hà Nội

Bộ môn xây dựng công nghiệp . Hà Nội 1997 .

20.Kinh tế công nghiệp hoá chất . Đại Học Bách Khoa Hà Nội . 1971.

21.Hƣớng dẫn thiết kế tốt nghiệp phần kinh tế .ĐHBK Hà Nội . 1973 .

22.Khuất Minh Tuấn . Bài giảng an toàn lao động vệ sinh môi trƣờng .

23.Bộ môn máy hoá .Trƣờng ĐHBK Hà Nội

Thiết bị hoá chất , 1989 .

24.Cơ sở kỹ thuật an toàn lao động và phòng cháy chữa cháy trong các

nhà máy hoá chất

Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế phân xưởng sản xuất nitrobenzen với năng suất 45000 tấn/năm

Chủ đề:

LỜI CẢM ƠN

LỜI NÓI ĐẦU

Phần I

TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT

Chƣơng I: TÍNH CHẤT CỦA NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM.

III.Kỹ thuật tiến hành phản ứng nitro hoá :

IV.Sản xuất nitrobenzen :

PHẦN II. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

PHẦN III

THIẾT KẾ XÂY DỰNG

PHẦN IV TÍNH TOÁN KINH TẾ

KẾT LUẬN

Tài liệu liên quan

Tài liêu mới

AI tóm tắt

Giới thiệu tài liệu

Đối tượng sử dụng

Từ khoá chính

Nội dung tóm tắt

Hỗ trợ

Phương thức thanh toán

Theo dõi chúng tôi