zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Luận Văn - Báo Cáo

» Báo cáo khoa học

Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế phân xưởng sản xuất VA từ C2H4

Chia sẻ: Nguyễn Thành Chung | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:62

Báo xấu

107
lượt xem 13
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Với nhu cầu ngày càng nhiều về chất dẻo và sợi tổng hợp thì công nghiệp sản xuất VA trên thế giới ngày càng phát triển, đồng thời được nhiều nhà khoa học quan tâm, nghiên cứu nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế. Xuất phát từ thực tế đó mà "Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế phân xưởng sản xuất VA từ C2H4" đã được thực hiện.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế phân xưởng sản xuất VA từ C2H4

Thiết kế phân xưởng sản xuất VA từ C2H4 MỤC LỤC Trang Phần I : Mở đầu……………………………………………………..... 2 Phần II : Tổng quan lý thuyết ……………………………………... ... 3 A Giới thiệu nguyên liệu và sản phẩm I Giới thiệu về nguyên liệu etylen………………………... .......... 3 1 Tính chất vật lý…………………………………………………….. ...... 3 2 Tính chất hóa học………………………………………………….. ....... 3 3 Phương pháp điều chế etylen………………………………………. ...... 4 II Giới thiệu về nguyên liệu axít acetic 1 Tính chất vật lý……………………………………………………. ....... 4 2 Tính chất hóa học………………………………………………….. ....... 5 3 Các phương pháp sản xuất axít acetic……………………………......... 6 III Giới thiệu về sản phẩm vinyl acetat 1 Tính chất vật lý…………………………………………………….. ...... 10 2 Tính chất hóa học………………………………………………….. ....... 11 3 Tình hình sản xuất và ứng dụng ………………………………….......... 13 B Các công nghệ tổng hợp vinyl acetat I Quá trình tổng hợp VA từ C2H4 và CH3COOH………… ...... 15 1 Tiến hành trong pha lỏng………………………………………….. ....... 16 2 Tiến hành trong pha hơi…………………………………………… ....... 17 II Quá trình tổng hợp VA từ C2H2 và CH3COOH………… ...... 23 1 Tiến hành trong pha lỏng………………………………………….. ....... 23 2 Tiến hành trong pha hơi………………………………………….... ....... 23 III Các phương pháp khác…………………………………. ....... 28 1 Phản ứng của anhydric acetic và acetaldehit…………………….. ......... 28 2 Cacbonyl hóa của metyl acetat…………………………………... ......... 28 3 Nhiệt phân etylen glycol diacetat………………………………............. 29 IV Đánh giá ưu nhược điểm của các quá trình 1 ưu điểm…………………………………………………………… ........ 29 2 Nhược điểm…………………………………………………….…......... 29 3 Kết luận…………………………………………………………... ......... 29 Phần III : Tính toán A. Tính cân bằng vật chất ………………………………... ......... 30 B. Tính cân bằng nhiệt lượng…………………………….. ......... 40 Phần IV: kết luận………………………………………………. ......... 47 Tài liệu tham khảo………………………………………... ................... 49 -1-
Thiết kế phân xưởng sản xuất VA từ C2H4 Phần I Mở đầu Công nghệ chế biến dầu mỏ được xem như bắt đầu ra đời vào năm 1859, khi mà Edwin Drake(Mỹ)khai được dầu thô. Lúc bấy giờ lượng dầu thô khai thác được còn rất ít, chỉ một vài nghìn lít/ngày và chỉ phục vụ cho mục đích thắp sáng. Nhưng chỉ một năm sau đó, không chỉ riêng ở Mỹ mà ở cả các nước khác người ta cũng đã tìm thấy dầu. Từ đó sản lượng dầu khai thác tăng lên rất nhanh, và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực đặc biệt là công nghiệp chế biến khí và công nghiệp tổng hợp các hợp chất hữu cơ. Ngày nay, khi các ngành công nghiệp đặc biệt là công nghiêp tổng hợp các hợp chất hữu cơ phát triển thì dầu mỏ trở thành nguồn nguyên liệu số một cho công nghiệp tổng hợp hữu cơ. Một trong những quá trình quan trọng đó là quá trình tổng hợp hữu cơ : Vinyl hóa. Quá trình này tổng hợp nên các hợp chất hữu cơ trung gian phục vụ thiết thực trong đời sống và kỹ thuật. Nhờ quá trình này người ta có thể tổng hợp ra vinyl acetat từ acetylen , etylen và axít acetic trong pha lỏng và pha khí, trong đó, quá trình tổng hợp vinyl acetat từ acetylen và axít acetic là một trong những phương pháp cho hiệu suất cao, nhưng hiện nay xu hướng các hãng sản xuất chủ yếu đi từ etylen và axít acetic thay cho acetylen và axít acetic, vì etylen dễ tổng hợp, từ nguồn nguyên liệu rất rẻ tiền và hiệu suất thu được cũng tương đối cao. Vinyl acetat là một trong những monome quan trọng trong công nghiệp tổng hợp chất dẻo và sợi tổng hợp. Ngoài ra vinyl acetat còn được ứng dụng trong sản xuất sơn, keo dán có độ bền cao, bền với hóa chất và các chất ôxi hóa. Trùng hợp vinyl acetat ta thu được polyvinyl acetat, một polyme có giá trị trong công nghiệp sơn keo dán. Ngày nay, với nhu cầu ngày càng nhiều về chất dẻo và sợi tổng hợp thì công nghiệp sản xuất VA trên thế giới ngày càng phát triển, đồng thời được nhiều nhà khoa học quan tâm, nghiên cứu nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế. Đồng thời nhu cầu con người đòi hỏi sản phẩm ngày càng cao nên nghành sản xuất ngày càng phát triển để đáp ứng nhu cầu đó. Vì vậy, công nghiệp sản xuất Vinyl acetat ở Việt Nam nói riêng và trên thế giới nói chung ngày càng phát triển. -2-
Thiết kế phân xưởng sản xuất VA từ C2H4 Phần II Tổng quan lý thuyết A Giới thiệu nguyên liệu và sản phẩm: I Giới thiệu về nguyên liệu etylen : 1 Tính chất vật lý: Etylen là một chất khí, nhiệt độ nóng chảy là -169,40c, nhiệt độ sôi là - 103,90c, tỷ trọng d204 =0,566. 2 Tính chất hóa hoc: Etylen là một hydrocacbon không no nên có những phản ứng quan trọng như cộng , trùng hợp , ôxi hóa 2.1Phản ứng cộng a. Cộng H2: CH2=CH2 + H2 Pd CH3-CH3 b.Cộng với Br2: Ni CH2=CH2 + H2 CH2Br-CH2Br Theo cơ chế electronphi : (Pt) Br : Br —> Br+ + Br- Br+ + CH2=CH2 —> BrCH2-CH+2 —> CH2- CH2 Br Br CH2- CH2 Br2 CH2-CH2 Br Br - OH CH2OH-CH2Br c.Cộng halogen(HX): CH2=CH2 + HCl Peroxit CH3CH2Cl Cơ chế: HCl —> H+ + Cl* Cl* + CH2=CH2 —> CH *2CH2Cl CH *2CH2Cl + H* —> CH3-CH2Cl d. Cộng hợp với HClO: R-CH=CH2 + HClO —> R-CHOH-CH2Cl CH2=CH2 + HClO —> CH2OH-CH2Cl 2.1 Phản ứng ôxi hóa: Tùy thuộc vào điều kiện khác mà sản phẩm ôxi hóa của anken (C2H4) cũng khác nhau. a. Tạo thành 1,2 diencol : R-CH=CH-R’ + 2OH- —> R - CH-CH-R’ -3-
Thiết kế phân xưởng sản xuất VA từ C2H4 OH OH CH2=CH2 + KMnO4 + KOH —> CH2-CH2 + 2K2MnO4. OH OH b.Tạo hỗn hợp andehit , xeton : R2C=CHR’ + KMnO4 H+ R2C=O + R’CHO 2.3 Phản ứng tổng hợp ôxô của andehit: CH2=CH2 + CO + H2 t0/Co CH3-CH2CHO 2.4 Phản ứng polime hóa : Từ C2H4 ta trùng hợp thu được các polime, những polime này có giá trị rất cao trong đời sống và kỹ thuật như : nhựa , vải sợi tổng hợp … nCH2=CH2 —> (-CH2-CH2-)n 3. Phương pháp điều chế : Có rất nhiều cách điều chế C2H4 từ các nguồn nguyên liệu rẻ tiền ở thể lỏng và thể hơi. a. Bằng phương pháp tách H2O ra khỏi ancol: CH3CH2OH —> CH2=CH2 + H2O Phương pháp này thu được C2H4 với hiệu suất rất thấp, ngoài ra còn điều chế bằng axít oxalac. CH3CH2OH + H2C2O4 —> HO- C- C- OC2H5 —> CH2=CH2 +H2C2O4 O O 0 0 Ở thể hơi cho ancol ở 300 c — 350 c ta dùng xúc tác Al2O3 CH3CH2OH —> CH2=CH2 + H2O b. Bằng phương pháp tách HX từ dẫn xuất mono halogen : CH3-CH2Cl rượu/kiềm đặc CH2=CH2 + HCl c. Bằng phương pháp tách HX từ dẫn xuất đihalogen: Br-CH2 – CH2-Br + Zn —> CH2=CH2 + ZnBr2 d. Bằng phương pháp tách CO2 khỏi axít không no : CH2=CH –COOH to—> CH2=CH2 + CO2 II. Giới thiệu về nguyên liệu axít acetic: 1. Tính chất vật lý: Axít acetic là chất lỏng không màu, có mùi giấm, axít acetic khan nóng chảy ở 16,60c, nhiệt độ sôi là 118,10c ở áp suất P=101,3 Kpa, có tỷ trọng là 1,05g/cm3. Sức căng bề mặt khi tiếp xúc với không khí ở 200c là 23,5dyn/cm2. Nhiệt độ tới hạn là 321,60c, áp suất tới hạn là 57,2atm, tỷ trọng tới hạn là 0,351g/cm3. Nhiệt cháy tạo thành CO2 và H2O là 209,4Kcal/mol ở 200c.Nhiệt nóng chảy là 44,7Cal/g ở 16,580c, nhiệt hóa hơi ở 118,30c là 96,8Cal/g. Axít acetic tan vô hạn trong nước, là dung môi tan tốt trong nhiều chất hữu cơ, vô cơ (P,S), là hỗn hợp rất ổn định, hơi của axít không bị phân hủy ở 4000c. -4-
Thiết kế phân xưởng sản xuất VA từ C2H4 Các tạp chất thường có trong axit acetic là nước và anhyđríc acetic, axít acetic đóng rắn có tính hút ẩm mạnh. Sự có mặt của nước ở nồng độ nhỏ hơn 0,1% thể tích làm giảm nhiệt độ nóng chảy của axít acetic(0,20c). Axít acetic là chất độc, dễ làm hỏng niêm mạc mắt, có thể làm bỏng da. Ta có thể đánh giá độ tinh khiết của axít acetic qua nhiệt. Nhiệt độ đông đặc của dung dịch CH3COOH % Axít acetic Nhiệt độ đông đặc 99,5 16,6 99 15,65 98,5 14,8 98 14,0 97 13,25 Tỷ trọng của CH3COOH phụ thuộc vào nồng độ của nó được cho trong bảng sau: -5-
Thiết kế phân xưởng sản xuất VA từ C2H4 Tỷ trọng của CH3COOH ở 200c D420 % trọng lượng D420 % trọng lượng 0,9982 0 1,0611 55 1,0055 5 1,0642 60 1,0125 10 1,066 65 1,0195 15 1,0685 70 1,0263 20 1,0696 75 1,0325 25 1,0700 80 1,0384 30 1,0689 85 1,0438 35 1,0661 90 1,0488 40 1,0605 95 1,0534 45 1,0492 100 1,0574 50 Tỷ trọng của axít acetic đạt cực đại là 1,0696 khi nồng độ axít là 79%. Aùp suất của axít acetíc thay đổi theo nhiệt độ như sau: Nhiệt độ Aùp suất hơi Nhiệt độ Aùp suất 0 0 C (mmg) C (mmg) 0 3,5 90 292,7 10 6,4 100 417,0 20 11,8 110 582,0 30 20,4 120 794,0 40 34,2 130 1067,0 50 56,3 140 1404,0 60 88,3 150 1847,0 70 137,0 160 2461,1 80 202,3 170 2860,0 2. Tính chất hóa học : Phân tử axít acetíc có hiệu ứng liên hợp giữa các điện tử phân cực của ôxi với cacbon trong nhóm cacbonyl và hiệu ứng là H+ rất dễ tách ra. Nhóm cacbonyl phân cực mạnh, nó là trung tâm phản ứng lớn, nguyên tử hidro trong gốc CH3 tương đối linh hoạt có thể thay thế bằng các halogen. a. Tính axít: -6-
Thiết kế phân xưởng sản xuất VA từ C2H4 2CH3COOH + 2 Na —> 2CH3COONa + H2 b. Este hóa: H+ CH3COOH + C2H5OH CH3COOC2H5 + H2O c. Tạo halogenuaxít: O CH3COOH + PCl5 CH3 C +POCl3 + HCl Cl d. Tạo thành amit axít : O O CH3COOH + NH3 CH3C ONH4 -HOH CH3 C NH2 Axetiamit e. Phản ứng đecacbonyl hóa : CH3COOH MnO4 CH3COCH3 + H2 O + CO2 f. Tạo thành anhyđric acetic : CH3COOH xt P2O5 (CH3CO)2O + H2O g. Phản ứng thế halogen vào gốc hydrôcacbon : CH3COOH + Cl2 900÷1000c CH3COOCl + HCl Axít acetíc có rất nhiều ứng dụng trong công nghiệp tổng hợp hữu cơ, tạo các polyme có giá trị trong công nghiệp như : acetat xenlulo, monovinyl acetat , monoclo acetát, este, dung môi cho sản xuất ATP, dệt, nhuộm, … phát triển ở nhiều nước trên thế giới: Sử dụng % Tây Âu Mỹ Nhật Sảnxuất(Ac) 8 6 4 Acetatxenlulo 12 10 18 Este(EA,BA,AA) 16 12 9 Monoclo acetic 9 2 5 Dung môi cho 6 10 11 sản xuất ATP Vinylacetat 37 52 27 Dệt ,nhuộm 3 Các sản xuất 12 5 26 khác 3. Phương pháp điều chế axít acetic: Có rất nhiều phương pháp sản xuất AcOH, trước đây, người ta điều chế AcOH bằng nhiều phương pháp rất thủ công như: lên men giấm, chưng khô gỗ…, nhưng với yêu cầu sử dụng AcOH ngày càng lớn như hiện nay. Ngoài hai phương pháp trên còn sử dụng các phương pháp quan trọng khác. Mức sản xuất, tiêu thụ được biểu thị theo bảng sau: Sản xuất % Tây Âu Mỹ Nhật -7-
Thiết kế phân xưởng sản xuất VA từ C2H4 Acetanldehit 45 20 52 Butan và naphta 16 17 6 Etanol 5 / / Methnol 34 62 12 3 Sản phẩm(10 t/năm) 955 1.200 330 Khả năng sản 1,245 1,450 540 3 xuất(10 t/năm) Mức tiêu thụ(103t/n) 960 1,175 330 6 Sản lượng acid acetic trên thế giới vào 1984: 4,4.10 t/năm vào 1986:4,6.106 t/năm Quá trình cacbonyl hóa metanol là công nghiệp tương đối mới và phổ biến trong các năm, vì nguồn nguyên liệu dồi dào và rẽ tiền. Năm 1913, hãng Basf đã mô tả quá trình sản xuất AcOH từ metanol và CO ở nhiệt độ và áp suất cao: CH3OH + CO CH3COOH H = - 138,6 KJ Do điều kiện nhiệt độ và áp suất khắc nghiệt cùng với sự có mặt của chất ăn mòn mạnh đã ngăn chặn việc thương mại hóa quá trình này vào 1941. Đến năm 1968 hãng Mansato công bố khám phá mới . Xúc tác Rh với hoạt tính và độ chọn lọc rất cao cho phản ứng Cacbonyl hóa MeOH thành AcOH, ngay ở áp suất thường với hiệu suất chuyển hóa là 99 đối với MeOH và 90 với CO. Quá trình có sử dụng được đưa vào thực tế năm 1970 tại Taxas – Mỹ. Năng suất bước đầu là 135.000t/năm, sau đó mở rộng với năng suất là 180.000t/năm từ năm 1975. Hai công nghệ của quá trình sản xuất AcOH bằng cacbonyl hóa methnol: 1. Quá trình BASF: Tốc độ phản ứng phụ thuộc vào hiệu suất hơi riêng phần của CO và nồng độ MeOH . Hiệu suất chuyển hóa AcOH đạt 90 đối với MeOH và 70 đối với CO. Cơ chế phản ứng: Co2(CO)8 + H2O + CO Co(CO)4H + CO2 (1) CH3OH + HI CH3I + H2O (2) Co(CO)4H H+ + [Co(CO)4]- (3) [Co(CO)4]- + CH3P CH3Co(CO)4 + I- (4) O CH3Co(CO)4 CH3- C – Co(CO)3 (5) O O CH3 C-Co(CO)3 + CO CH3 C Co (CO)4 (6) O CH3 C Co (CO)4 + HI CH3COP + H+ + [Co(CO)4]- (7) -8-
Thiết kế phân xưởng sản xuất VA từ C2H4 CH3COP + H 2O CH3COOH + HI (8) Phản ứng có thể được xem là quá trình chuyển hóa CO bằng hơi nước ở nhiệt độ 2500c , áp suất 65. 106 Pa , xúc tác là cacbonuyl coban. Sản phẩm của quá trình BASF là : CH3CHO , CH4 , C2H5OH , CO2 khoảng 3,5% mất mát dưới dạng CH4, 4,5% ở dạng sản phẩm phụ lỏng , 2% ở dạng khí thải , khoảng 10% CO nguyên liệu biến đổi thành CO2 , theo cơ chế sau: CO + H2 O CO2 + H2 (9) 2. Quá trình Mansanto : Nhiệt độ phản ứng là 2000c, áp suất 3,5.106 Pa. Xúc tác : các kim loại quí hiếm như Pd , Rh… So với quá trình BASF thì quá trình này tiến hành ở điều kiện êm dịu hơn, sản phẩm phụ sinh ra không đáng kể, hệ thống thiết bị phản ứng đơn giản hơn. Bên cạnh hai quá trình trên còn có quá trình sau :  Ôxi hóa trực tiếp các hydrocacbon no : Nguyên liệu chủ yếu là đi từ n- Butan, phản ứng xãy ra như sau : CH3CH2CH2CH3 + O2  2CH3COOH H0298= -985kj/mol  Quá trình ôxi hóa Acetaldehit Cơ chế phản ứng: Quá trình ôxi hóa acetaldehit xãy ra theo cơ chế chuỗi gốc tự do. Trong đó, sản phẩm trung gian là axit peraxetic. O O CH3 C ‘ + O2 CH3 C OO’ O O O CH 3 O ‘ + O2 CH3 O -OOH + CH3C ‘ O O CH3 C- OOH + CH3- O- C- H OH CH3 OH C+ CH3-C C CH3-C + CH3-O H - O— O H O O CH3 OH O CH3-C-O- + C+ 2 CH3- C - OOH -9-
Thiết kế phân xưởng sản xuất VA từ C2H4 HO O O CH3- C – OOH + CH3-C-H CH3-C CH3 OH O O C H Axít paraxetic phản ứng với axetanldehyt tạo thành AcOH. Axetandehit manoperaxetat(AMP). AMP phân hủy thành AcOH. III. Giới thiệu về sản phẩm Vinyl acetat: 1.Tính chất vật lý của VA: Vinyl acetat gọi tắt VA, công thức phân tử CH2=CH-OCOCH3, khối lượng phân tử:86,09 , là chất lỏng cháy được ,khi cháy có mùi đặc trưng nhẹ, không màu, nhiệt độ sôi t0s=72,70c , tỷ trọng ở 200c, d420=0,935g/ml, điểm nóng chảy -100,20c, độ nhớt là 0,4mPAS áp suất hơi ở 200c là 12Kpa và ở 42,6 Kpa, hệ số giản nở thể tích là 0,0014K.  Nhiệt độ bắt cháy :3850c  Giới hạn nổ trên /dưới trong không khí :13,42,3 thể tích  Nhiệt dung riêng :1,926Kj/kg  Nhiệt hóa hơi là :379,3Kj/kg ở 72,70c  Nhiệt cháy là : 2082 Kj/mol  Chỉ số khúc xạ n020 = 1,3956  Nhiệt của quá trình trùng hợp là 1035,8Kj/kg Nước trong Vinyl acetat chiếm 0,9trọng lượng ở 200c , Vinyl acetat trong nước chiếm 2,3% trọng lượng ở 200c. Hỗn hợp đẳng phí với nước sôi ở 660c/100Kpa, nước chiếm 7,3% trọng lượng. Hỗn hợp đẳng phí của vinyl acetat có thành phần và tính chất :  Nước có nhiệt độ đẳng phí : 66,00c, chiếm 92,7% khối lượng VA  MeOH có nhiệt độ đẳng phí: 58,90c, chiếm 63,4%khối lượng VA  2-propanol(CH3-CH-CH3) : 70,80c, chiếm 77,6%khối lượng VA - 10 -
Thiết kế phân xưởng sản xuất VA từ C2H4 OH  Xyclohexan(C6H12) nhiệt độ đẳng phí 67,40c, chiếm 61,3% khối lượng VA  Heptan (C7H16) nhiệt độ đẳng phí 72,00c, chiếm 83,5% khối lượng VA. 2. Tính chất hóa học của vinyl acetat : Phân tử vinyl acetat (VA) : CH2=CHO-COCH3, ta thấy có lien kết đôi , nên mang đầy đủ các tính chất hóa học của hợp chất hydrocacbon không no :  Phản ứng cộng  Phản ưng trùng hợp  Phản ứng ôxi hóa a. Phản ứng cộng :  Công với brôm: CH2=CH + Br2 Br- CH2- CH-Br OCOCH3 OCOCH3  Cộng với halogen(HX : HBr, HCl…): CH2=CH + HBr perôxit CH3- CH- Br OCOCH3 OCOCH3  Cộng ROH : CH2=CH- + ROH H+ CH3CHO + CH3COOR OCOCH3  Cộng hợp chất xianua : CH2=CH + CH3-CH-CN OH- CH3-CH-CN + CH3CHO OCOCH3 OH OCOCH3  Cộng hợp với andehit nitơ, cloua nitronyl: CH2=CH + O=N-O-N=O CH2- CH- OCOCH3 OCOCH3 NO2 N=O CH2=CH + Cl-N=O CH2- CH-OCOCH3 - 11 -
Thiết kế phân xưởng sản xuất VA từ C2H4 OCOCH3 Cl N=O  Cộng hợp với axít: OCOCH3 CH2=CH +CH3COOH H+ CH3CH OCOCH3 OCOCH3  Cộng với C6H5OH OH OH CH2=CH H+ CH=CH2 OCOCH3 + CH3CHO  Cộng với andehit formic: CH2=CH + HCHO H+,H3PO4 CH2=CH-CHO + CH3COOH OCOCH3 b. Phản ứng trùng hợp, đồng trùng hợp: n CH2=CH -CH2- CH- OCOCH3 OCOCH3 n Đồng trùng hợp giữa VA và VC ta được một loại chất dẻo Vinylic. Vinylic dùng làm màn mỏng , sơn…. Vật liệu tẩm ngấm. Phản ứng: -CH2-CH- n + -CH2- CH- n -CH2-CH-CH2-CH- n OCOCH3 Cl OCOCH3 Cl c. Phản ứng ôxi hóa : CH2=CH +2KMnO4+2KOH CH2-CH-OCOCH3+ 2K2MnO4 OCOCH3 OH OH d. Phản ứng thủy phân của PVA: -CH2-CH- n H+ -CH2-CH- n + nCH3COOH OCOCH3 nH2O OH Khi thủy phân PVA với sự có mặt của xúc tác H+ ta được polyvinyl ancol, đây là một polimer có giá trị và quan trọng. - 12 -
Thiết kế phân xưởng sản xuất VA từ C2H4 3. Tình hình sản xuất và ứng dụng: a.Ứng dụng của VA: Vinyl acetat:CH2=CHOCOCH3 là một trong những monomer rất quan trọng, khi trùng hợp tạo thành poly vinyl acetat: -CH2-CH- n OCOCH3 Polimer này được sử dụng để sản xuất sơn , các chất kết dính, vecni, sử dụng trong công nghiệp dệt, giấy, làm vải giả da…..và cho các quá trình sản xuất polyvinyl alcol, polyvinylbutyren, polyvinyl acetat có tính dính tốt và được ứng dụng trong sản xuất chất dẻo, keo dán,…. Khi thủy phân polyvinyl acetat ta thu được một polimer khác là polyvinyl ancol: -CH2-CH- n OH Polyvinyl ancol được sử dụng làm chất nhủ hóa và tăng độ nhớt cho các dung dịch nước. Côpolime vinyl acetat được ứng dụng để sản xuất nhựa, vải… Tình hình sử dụng vinyl acetat ở các nước: Sử dụng  Tây Âu Mỹ Nhật Etylen-vinyl acetat 4 7 11 Poly vinyl acetat 60 58 16 Poly vinyl alcol 17 21 71 Poly vinyl butyral 3 7 - Copolymevinylclorua 11 4 1 khác 5 3 1 b. Tình hình sản xuất VA: Vinyl monome được phát hiện ra trong quá trình trùng hợp và đặc biệt là khả năng tạo hợp chất polime. Từ đó, người ta tổng hợp bằng phương pháp trực tiếp và sớm nhất từ acetylen. Tuy nhiên, acetylen là nguồn nguyên liệu rất đắt, ngày nay, trong công nghiệp hóa học nó được thay thế bằng etylen và propylen. - 13 -
Thiết kế phân xưởng sản xuất VA từ C2H4 Do tính kinh tế của nguồn nguyên liệu mà ngày nay trong công nghiệp sản xuất vinyl acetat từ metyl acetat hay đi metyl ete với CO và H2 đang được nghiên cứu và hoàn thiện, công nghệ và phát triển vì nguồn nguyên liệu này rất dồi dào và rẻ tiền. Tình hình sản xuất vinyl acetat vào 1984 ở các nước Sản xuất  Tây Âu Mỹ Nhật Acetylen 43 / 19 Etylen 57 100 81 Sản lượng vinyl acetat tăng rất nhanh, vào năm 1985 trên thế giới có 10 tấn/năm, vào năm 1984 đạt 2,7 106tấn/năm. Đến năm 1986 sản lượng vinyl 6 acetat ở một nước trên thế giới như sau: Mỹ 1,15.106tấn/năm Canada 0,05.106tấn/năm Châu Mỹ La Tinh 0,09.106tấn/năm Tây Âu 0,56.106Tấn/năm Đông Âu > 0,16.106Tấn/năm Châu Phi / Trung Đông / 6 Nhật 0,58.10 tấn/năm Châu Á và Đông Á >0,15. 106tấn/năm B Các công nghệ tổng hợp vinyl acetat: Cho đến nay, có rất nhiều phương pháp tổng hợp VA từ các nguồn nguyên liệu khác nhau, một số phương pháp chủ yếu sau :  Tổng hợp vinyl acetat từ C2H2 và CH3COOH trong pha lỏng và pha khí.  Tổng hợp vinyl acetat từ C2H4 và CH3COOH trong pha lỏng và pha hơi khí.  Tổng hợp vinyl acetat đi từ acetat hay di metyl ete với CO và H2 trong pha lỏng có mặt của xúc tác đồng thể như muối của Rh hay các kim loại qúi Pt ta thu được Etyliden diacetat. Sau đó, thủy phân ta thu được Vinyl acetat và CH3COOH. Nhìn chung, cùng với sự pháp triển của công nghệ và nhu cầu kinh tế cao, nên ngày nay quá trình tổng hợp Vinyl acetat trong pha lỏng ít được sử dụng đến, vì chúng gây ăn mòn thiết bị và công nghệ, chủ yếu là sử dụng trong pha khí, đặc biệt là sự thay thế nguyên liệu acetylen(C2H2) bằng nguyên liệu rẻ tiền, dễ tổng hợp là C2H4(etylen). I. Quá trình tổng hợp vinyl acetat từ etylen và axit acetic: - 14 -
Thiết kế phân xưởng sản xuất VA từ C2H4 Do tính kinh tế của nguồn nguyên liệu mà trên thế giới đã và đang có xu hướng tìm ra những phương pháp sản xuất vinyl acetat có hiệu quả tương đương với phương pháp sản xuất VA từ C2H2 và CH3COOH, nhưng lại sử dụng nguồn nguyên liệu rẻ tiền, dễ sản xuất. Một trong những phương pháp mới được sử dụng gần đây trong tổng hợp Vinyl acetat là đi từ nguyên liệu etylen(C2H4). Thay vì đi từ nguyên liệu C2H2 đắt tiền. Quá trình tiết kiệm được hơn 20% giá thành sản xuất. Phương pháp này đưa vào quá trình ôxi hóa etylen với sự có mặt của CH3COOH và xúc tác Pd2+(muối Pd2+) Phương pháp này tiến hành trong pha lỏng với công nghệ Bayer/Hoechst, USI… Hiện nay, công nghệ sản xuất chủ yếu là pha hơi vì pha lỏng gây ăn mòn thiết bị nên ít sử để tổng hợp VA. 1. Công nghệ tổng hợp vinyl acetat từ C2H4 và CH3COOH trong pha lỏng: Quá trình tổng hợp vinylacetat từ etylen(C2H4) được phát minh bởi các hãng Hoechst(Đức), ICI(Anh), Nippon Gosei(Nhật) và được các hãng ICI áp dụng vào sản xuất với qui mô lớn ở Anh và Mỹ trong vài năm gần đây với sản lượng là 45,36 triệu kg/năm. Phượng pháp này chủ yếu là sản xuất acetaldehit bằng cách ôxy hóa etylen bằng ôxy trong thiết bị ôxy hóa, hoặc để sản xuất aceton từ propylen. Phản ứng chính trong quá trình tổng hợp vinyl acetat xãy ra : a. Sản xuất acetaldehit: CH2=CH2 + PdCl2 + H2O CH3-CHO + Pd + 2HCl b. Oâxi hóa paladi(Pd) bằng muối CuCl2: Pd + CuCl2 PdCl2 + 2CuCl 2CuCl + HCl + O2 CuCl2 + H2 O Suy ra : O O CH2=CH2 + CH3- C - O - H +PdCl2  CH2=CH-O-C-CH3 + 2HCl + Pd  Các đặc tính và thông số của quá trình: Sự biến đổi axít acetic thu được 20  30; 23% đối với etylen. Hiệu suất đạt được 7080 đối với etylen, thành phần ôxy và khí etylen(C2H4) nằm trong giới hạn cho phép: 94,5% đối với C2H4 và 5,5% đối với ôxy. Các phản ứng tiến hành ở nhiệt độ 110 1300c, và ápn suất là 3.106Pa. Oâxy đóng vai trò tác nhân trực tiếp trong dung dịch xúc tác, vì để ngăn chặn nhanh muối CuCl2 gây ra do thiếu ôxy trong môi trường phản ứng. Dung dịch xúc tác chiếm 3050 mg/l muối Pd2+. Đặc biệt hợp chất nồng độ cao hơn sẽ thích hợp cho trình đime hóa của etylen thành buten(C4H8). Muối đồng (Cu2+) chứa 36g/l, đặc biệt cần sự tham gia của muối clorua để làm xúc tác hoạt mạnh. Sản phẩm tạo thành axít acetic, đồng ôxalat, este, axít formic và CO2. Quá trình xãy ra làm hơi nước của lò phản ứng được làm lạnh và ngưng tụ xãy ra: - 15 -
Thiết kế phân xưởng sản xuất VA từ C2H4 a. Sự phân bố khí được tuần hoàn trở lại sau khi làm lạnh và thu hồi CO2 b. Trong pha lỏng : sự tách và tuần hoàn lại CH3COOH, qua tháp phân bố thu sản phẩm nhẹ và actaldehit, qua tháp lọc bằng hơi nước, thu được vinyl acetat tinh khiết. Acetaldehit được tách ra từ sản phẩm nhẹ bằng tháp lọc, sau đó, ôxi hóa acetaldehit thu được acid acetic với xúc tác Mangan acetat. Các thiết bị dùng trong quá trình tổng hợp này phải được làm bằng Titan(Ti), nhựa thấm composit, sứ… để tránh sự ăn mòn do trong sản phẩm của phản ứng có HCl tạo thành. Xu hướng hiện nay, để tổng hợp vinyl acetat trong pha lỏng bởi các hãng Hoechst, ICI…không dùng đến vì :  Gây ăn mòn thiết bị phản ứng.  Vật liệu để chế tạo thiết bị chống ăn mòn rất đắt. Do đó, chi phí cho toàn bộ quá trình sản xuất cao hơn khoảng 50% so với quá trình tổng hợp vinyl acetat từ acetylen và axít acetic trong pha hơi từ etylen và CH3COOH với ôxi. Cho nên, hiện nay các hãng Hoechst-Bayer…chủ yếu tổng hợp VA từ etylen và axít acetic trong pha hơi, thay cho acetylen và acid acetic. 2.Công nghệ tổng hợp VA từ C2H4 và CH3COOH của hãng Hoechst- Bayer trong pha hơi: Hãng Hoechst-Bayer là hai tập đoàn công nghiệp lớn trên thế giới có rất nhiều công trình nghiên cứu và phát minh công nghệ trong công nghệ hóa học. Sơ đồ công nghệ tổng hợp VA từ C2H4 và CH3COOH trong pha hơi. Các thông số công nghệ: Xúc tác của quá trình là Paladi hay muối Pd2+ và muối kim loại chiếm từ 1đến 3% trọng lượng, kết hợp với các kim loại khác như Platium(Pt) (hãng USI chemicals), Cadimi và vàng(Au)(hãng Bayer/Hoechst),cũng như Bi,Ba,Fe và kim loại trơ khác. Acetat của kim loại kiềm như : Na, K…trên chất mang là -ôxít nhôm, các dạng cấu trúc của axít silíic, hoặc than hoạt tính. Lượng xúc tác cần dùng tính theo lượng sản phẩm VA là 200g/lít giờ. Thời gian hoạt động tối đacủa xúc tác là bốn tháng.  Nhiệt độ phản ứng từ 1601800c. - 16 -
Thiết kế phân xưởng sản xuất VA từ C2H4  Aùp suất làm việc từ 0,50,8.106Pa.  Thành phần hỗn hợp đưa vào phản ứng 15% mol CH3COOH ; 50%C2H4, 29% khí trơ (CO2); lưọng ôxi tối đa là 6%. Thể tích của khí trơ và khí N2 được điều khiển theo lương khí dư (10%) nó phụ thuộc vào độ tinh khiết đưa vào. Hiệu của quá trình pha hơi 8890 đối với etylen, 98 đối với axít acetic.  Dây chuyền công nghệ : 1 :Thiết bị bốc hơi CH3COOH; 2 :Thiết bị phản ứng; 3 :Thiết bị đun nóng sơ bộ; 4 : Thiết bị trao đổi nhiệt ngược dòng; 5 : Tháp hấp thụ 6 : Tháp lọc khí bằng hơi nước; 7 : Máy nén tuần hoàn 8 : Tháp hấp thụ khí CO2 9 : Tháp tái sinh 10: Tháp chưng cất sơ bộ; 11: Thiết bị tách lỏng /khí 12: Tháp tách nước 13: Tháp tách sản phẩm nhẹ cuối cùng 14: Tháp tách sản phẩm nặng cuối cùng 15: Bơm 16: Tháp chưng cất phần nhẹ;  Nguyên lí hoạt động: Quá trình phản ứng xãy ra như sau : O O CH2=CH2 + CH3- C -O –H + O2 CH2=CH-O-C-CH3 + H2O H0298=-180kj/mol - 17 -
Thiết kế phân xưởng sản xuất VA từ C2H4 Quá trình phản ứng xãy ra ở dạng thiết bị loại tháp, thường dùng hai tác nhân phản ứng song song nhau. Axít acetic nguyên chất và axít tuần hoàn đưa vào cùng với etylen(C2H4) trong thiết bị bốc hơi (1), nhiệt độ trong tháp (1) là 1400c và áp suất 1.106Pa, được gia nhiệt đến nhiệt độ 1600c. hỗn hợp ra khỏi đỉnh tháp qua thiết bị đun nóng (3), ra khỏi thiết bị này hỗn hợp được trộn với ôxy một lượng nhất định. Lượng ôxi này được xác định bởi giới hạn tự bốc cháy của hỗn hợp C2H4 và O2. ra khỏi thiết bị bốc hơi (1) ở đáy tháp, một phần qua thiết bị tách được đưa trở lại đáy tháp, một phần nhờ bơm (15) bơm sản phẩm nặng ra ngoài. Hỗn hợp ra khỏi đỉnh tháp (1) trộn với ôxy đưa vào tháp phản ứng (2). Hỗn hợp khí ra khỏi thiết bị phản ứng trên đỉnh tháp ở nhiệt độ 1600c và áp suất 0,7.106 Pa, được làm lạnh trong thiết bị trao đổi nhiệt ngược dòng(4) với tác nhân làm lạnh là hỗn hợp khí etylen khí tuần hoàn. Hỗn hợp khí này sẽ được ấm lên đồng thời có sự ngưng tụ không hoàn toàn của axít acetic. Hỗn hợp qua thiết bị đun nóng (3) và chuyển vào tháp hấp thụ(5) đồng thới cùng với dòng dung dịch tuần hoàn axít acetic. Tại đây, vinyl acetat thô được tạo thành (CH2=CH-O-C-CH3) O Khí ra khỏi tháp (5) ở đỉnh tháp một phần khí được làm sạch đưa thải ra ngoài, một phần được nén lại qua máy nén(7). Khí ra khỏi máy nén được đưa vào tháp hấp thụ khí CO2(8), để ngăn chặn sự tích tụ trong quá trình tổng hợp, dùng thuốc thử K2CO3 để hấp thụ khí CO2. ra khỏi đáy tháp (8) được đưa sang tháp tái sinh (9) để tái sinh lại thuốc thử, ra khỏi tháp khí CO2, phần đáy tháp có một phần được chuyển trở lại đáy tháp, một phần làm dung môi đưa vào tháp(8),ra khỏi đỉnh tháp (8) là khí etylen(C2H4), khí này được tuần hoàn lại làm nguyên liệu ban đầu đưa vào tháp(1). VA và nước ra khỏi đáy tháp (5) và (6) được bơm(15) bơm về cùng với chất ức chế chuyển sang tháp tách sơ bộ(10). Dung dịch tách ra ở đáy tháp là 9798 axít acetic, một phần đưa trở lại đáy tháp, một phần được tuần hoàn về làm nguyên liệu cho vào tháp (1). Thành phần ra khỏi đỉnh tháp qua bộ ngưng tụ vào thiết bị tách lỏng/khí(11), được phân ra làm hai tháp khác nhau(mỗi tháp gồm - 18 -
Thiết kế phân xưởng sản xuất VA từ C2H4 25đĩa), một vào tháp chưng cất phần nhẹ (16), ra khỏi đáy tháp một phần qua bộ ngưng tụ đun nóng đưa lại đáy tháp, một phần nhờ bơm (15)bơm thải ra ngoài lượng nước thải không cần thiết. Hai vào tháp tách nước(12) của Vinyl acetat, đa số phần cất được lấy từ tháp tách phần nhẹ(16) để làm giàu lượng VA, phần không ngưng tụ (C2H4 và O2), sau khi nén lại được đưa sang phân đoạn phản ứng và hỗn hợp không đồng sôi VA/H2O(t0s=660c, trong đó nứơc chiếm 7,3%trọng lượng ). Chúng được bắt đầu bằng hai cột khác nhau. Pha tách xãy ra trong thiết bị tách (11) : hai phần ba pha hữu cơ được hồi lưu cho vào tháp chưng cất thứ ba, và pha nước được đưa vào tháp chưng cất phần nhẹ(16). Toàn bộ phần thu hồi chứa một số hợp chất hữu cơ (1000 đến 2000ppm). Hơi nước ra khỏi đáy tháp tách(12), kết hợp cùng chất ức chế cho vào tháp tách sản phẩm nặng sau cùng(tháp này gồm 100 đến 120 đĩa). VA thu được đáp ứng yêu cầu VA thương phẩm. Tháp tách cuối cùng này được thiết kế để thu hồi etyl acetat trong sản phẩm nặng và tháp tách(13) cũng thiết kế để thu hồi lại được metyl acetat và acetaldehit trong số thành phần nhẹ Vinyl acetat thu hồi và tinh chế được yêu cầu trong quá trình xãy ra có sự tham gia của chất ức chế, chúng ở dạng hỗn hợp khí O2 và CO2. Toàn bộ thiết bị của phân xưởng được chế tạo bằng thép hợp kim chất lượng cao(tỷ lệ Cr/Ni=18/8). Sơ đồ dây chuyền công nghệ - 19 -
Thiết kế phân xưởng sản xuất VA từ C2H4 - 20 -

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.01: Bộ Luận Văn Thạc Sĩ Quản Trị Kinh Doanh MBA

165 tài liệu

2069 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

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

LIÊN HỆ

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

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

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