Đồ án tốt nghiệp: Tính toán thiết kế phân xưởng sản xuất phenol

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

MỤC LỤC

Trang

Mở đầu .......................................................................................................... 2

ChƣơngI: Phenol Tính chất, ứng dụng và các phƣơng pháp sản xuất ...... 4

I.1. Các tính chất vật lý và hoá học của phenol ........................................... 4

I.2. ứng dụng của phenol ............................................................................ 8

I.3. Các phương pháp sản xuất phenol. ..................................................... 10 I.3.1. Phương pháp nóng chảy kiềm dẫn xuất sunfo ....................................... 10

I.3.2. Phương pháp clo hoá benzen, thủy phân clo benzen bằng kiềm. .......... 12

I.3.3. Phương pháp clo hoá benzen, thuỷ phân clo benzen bằng hơi nước ...... 13

I.3.4. Phương pháp oxy hoá cumen. ............................................................. 15

I.3.5. Phương pháp oxi hoá toluen. ................................................................ 18 I.3.6. Phương pháp dehydro hoá hỗn hợp xyclohexanol và xyclohexanon. ........ 19

I.3.7. Oxy hoá trực tiếp benzen ..................................................................... 19 Chƣơng II: Sản xuất Phenol bằng phương pháp sunfo hoá nóng chảy kiềm 22

II.1. Nguyên liệu ...................................................................................... 21 II.1.1.Benzen ................................................................................................. 21

II.1.2. Axit sunfuric. ...................................................................................... 22

II.1.3. Hydroxit natri ..................................................................................... 24 II.2. Các giai đoạn của qui trình sản xuất .................................................. 25 II.2.1. Quá trình sunfo hoá............................................................................ 26

II.2.2. Quá trình trung hoà. ............................................................................ 32

II.2.3. Quá trình nóng chảy kiềm. .................................................................. 34

II.2.4. Quá trình axit hoá. .............................................................................. 37 II.3 Thuyết minh dây chuyền sản xuất. ..................................................... 38

Chƣơng III: Tính toán ............................................................................... 40 III.1. Cân bằng vật chất các giai đoạn. ...................................................... 40

III.2. Tính toán thiết bị sunfo hoá. ............................................................ 57 III.3. Cân bằng nhiệt lượng quá trình sunfo hoá ........................................ 61

Chƣơng IV: Thiết kế xây dựng ................................................................. 69 Kết luận ....................................................................................................... 83

Tài liệu tham khảo ..................................................................................... 86

Nguyễn Minh Phong 1

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

MỞ ĐẦU

Cùng với sự phát triển của nền kinh tế quốc dân nhu cầu sử dụng các sản

phẩm hoá học và sản phẩm của các quá trình tổng hợp hữu cơ ngày càng

tăng. Các sản phẩm này được sản xuất bằng nhiều phương pháp khác nhau

nhưng đều xuất phát từ nguyên liệu ban đầu là than đá, khí thiên nhiên và dầu

mỏ, trải qua nhiều quá trình chế biến hoá học tạo ra các sản phẩm trung gian

khác nhau, được ứng dụng nhiều trong công nghiệp và cuộc sống. Phenol là

một trong những sản phẩm trung gian đó.

Phenol là một dẫn xuất hydroxyl của dãy thơm được tìm thấy đầu tiên

năm 1834 khi chưng cất phân đoạn than đá. Hợp chất này được ứng dụng

rộng rãi trong các lĩnh vực công nghiệp hoá dầu , công nghiệp tổng hợp hữu

cơ cũng như trong phòng thí nghiệm.

Ứng dụng quan trọng của phenol có thể kể đến đó là: ngưng tụ với

andehyt sản xuất nhựa phenol formandehyt , hydro hoá thành xyclo hexanol

sản xuất sợi tổng hợp nylon và caprolactan, các dẫn xuất ankyl phenol như

diamin, octyl phenol được sử dụng làm chất sát trùng và diệt nấm, các dẫn

xuất clo phenol như pentaclo phenol được dùng bảo quản gỗ; 2, 4 diclo

phenol axetic làm thuốc diệt cỏ, sản phẩm nitro hoá phenol, đặc biệt là axit

picric, được dùng làm thuốc nổ và làm nguyên liệu để sản xuất dược liệu trên

cơ sở sản xuất axit salixilic aspisin, xalol (phenol xalixilat)...Trong công

nghiệp, phenol còn được dùng làm dung môi để làm sạch các sản phẩm dầu

như: làm sạch dầu nhờn khởi thơm đa vòng, làm sạch axit sunfuric trong quá

trình sản xuất nhựa lactam, acrilic...Ngoài các ứng dụng trong công nghiệp,

phenol còn được dùng nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, làm thuốc thử

(phenol phtalein) liên kết halogen tự do để hoà tan một số chất khó tan…

Trước nhu cầu sử dụng phenol ngày càng tăng và ứng dụng quan trọng

của nó trong nhiều lĩnh vực, hàng loạt các phương pháp sản xuất phenol đã

được đề xuất, cải tiến để đáp ứng được yêu cầu chất lượng tốt cũng như hiệu

Nguyễn Minh Phong 2

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

suất cao và giá thành hợp lý. Cũng chính vậy mà từ một phương pháp đầu tiên

sản xuất phenol từ nhựa than đá, đến nay hợp chất này đã có thể được sản

xuất theo nhiều phương pháp khác nhau. Mỗi phương pháp đều có những ưu

và nhược điểm khác nhau, được lựa chọn phù hợp với điều kiện sản xuất của

từng đất nước [1].

Ở việt nam, hiện nay phenol vẫn được sản xuất theo phương pháp sunfo

hoá. Phương pháp này khá thích hợp với điều kiện ở nước ta vì các nguyên

liệu như benzen, axit sunfuric, hydroxit natri, cacbonat natri... không phải

nhập ngoại, công nghệ sản xuất không đòi hỏi kỹ thuật cao và đầu tư lớn, hơn

nữa lại cho sản phẩm rất tinh khiết .

Chính vì vậy nội dung chính của bản đồ án này là tính toán thiết kế một

phân xưởng sản xuất phenol theo phương pháp sunfo hoá phù hợp với điều

kiện Việt Nam.

Nguyễn Minh Phong 3

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

CHƢƠNG I

PHENOL: TÍNH CHẤT, ỨNG DỤNG VÀ CÁC

PHƢƠNG PHÁP SẢN XUẤT

I.1. Các tính chất vật lý và hoá học của phenol :

I.1.1. Tính chất vật lý [2].

Phenol là chất rắn, tinh thể không màu, có mùi vị đặc trưng, nóng chảy ở

420C và sôi ở 181,40C.

Khối lượng phân tử: 94,42 kg/Kmol.

Tỷ trọng:

Phenol ở điều kiện thường có dạng hình kim hay hình khối màu trắng,

khi tan trong nước cho chất lỏng không màu. Phenol rất dễ bị tác dụng của

ánh sáng và không khí nên có màu hồng. Giới hạn cho phép trong không khí

là 0,005 mg/l .

Phenol ít tan trong nước lạnh nhưng có thể hoà tan hoàn toàn ở nhiệt độ lớn hơn 65,30C. Hợp chất này dễ tan trong các hydrocacbon thơm, rượu và ete

nhưng ít tan trong parafin và không tan trong cacbonat kiềm. Phenol còn có

tính sát trùng mạnh, gây bỏng da và rất độc đối với cơ thể.

I.1.2. Tính chất hoá học [2].

Phenol chứa nhóm - OH có hydro linh động, mặt khác có nhân benzen

thể hiện đặc tính thơm và đặc tính này được tăng lên do ảnh hưởng của nhóm

- OH ( là nhóm thế loại I làm hoạt hoá nhân benzen).

Công thức phân tử của phenol là:

Các tính chất hoá học của phenol đều bắt nguồn từ các đặc tính của

nhóm –OH và nhân bezen.

Nguyễn Minh Phong 4

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

I.1.2.1. Hoá tính của nhóm -OH.

a.Tính axit yếu.

Tính axit của phenol mạnh hơn rượu và nước nhưng yếu hơn axit

cacbonic.

* Tác dụng với NaOH tạo thành phenolat natri.

Sản phẩm của phản ứng sử dụng phổ biến làm tác nhân trong các phản

ứng ete hoá và este hoá.

- Phản ứng tạo ete:

- Phản ứng tạo este:

* Tác dụng với kim loại tự do hoặc ion kim loại tạo phenolat : 3C6H5OH + Fe3+  (C6H5O)3 Fe + 3H+

b. Tạo phức màu:

Trong dung dịch trung hoà hay axit yếu, phenol tác dụng với FeCl3 tạo

thành muối phức chất của sắt. Phức này có màu đậm từ màu xám tím đến màu

rêu. Phản ứng được dùng để định tính phenol.

c. Phản ứng khử:

to C6H5OH + Zn (bột) C6H6 + H2O

d. Thế nhóm –OH bằng halogen:

Nguyễn Minh Phong 5

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

2C6H5OH + PCl5 2C6H5Cl + POCl3 + H2O

I.1.2.2. Hoá tính của nhân benzen.

a. Halogen hoá.

b. Nitro hoá (với HNO3 loãng).

Hoặc axit hơi loãng cho ta thu được trinitro phenol và dinitro phenol:

c. Sunfo hoá.

Nguyễn Minh Phong 6

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

d. Oxi hoá:

Ngay ở trong không khí phenol cũng bị oxi hóa dần sang màu đen. Khi

oxi hoá mạnh phenol biến thành quion.

Khi oxi hoá nhẹ bằng H2O2 ta được phenol đa chức.

e. Trùng ngưng.

- Phenol dễ dàng trùng ngưng với andehyt fomic tạo thành nhựa phenol

formandehyt.

Nguyễn Minh Phong 7

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

- Hoặc phenol ngưng tụ với anhydric phtalic tạo thành phenol phtalein:

I.2. ứng dụng của phenol [1]:

Ứng dụng quan trọng nhất của phenol là để sản xuất nhựa phenol

formandehyt bằng cách ngưng tụ phenol với andehyt foocmic, xúc tác là axit

hay muối vô cơ, dung dịch NH3, NaOH. Đây là loại nhựa rất quan trọng dùng

trong sản xuất bột làm nhựa tấm, sản xuất sơn, keo dán, nhựa xốp.

Ngoài ra, 2,2 dipropan (bis phenol A) cũng là một sản phẩm quan trọng

của quá trình ngưng tụ phenol với axeton có mặt axit vô cơ.

Bis phenol A có công thức như sau:

CH3

H – C6H4 – C – C6H4OH

CH3

Nguyễn Minh Phong 8

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

Sản phẩm này được dùng nhiều trong sản xuất nhựa epoxy. Với nhu cầu

sản xuất nhựa ngày càng tăng, 20% phenol công nghiệp được sử dụng để sản

xuất bis phenol A.

Sản phẩm của quá trình ngưng tụ phenol với clo anhydrit cacbon hay

diphenyl cacbonat được dùng để sản xuất nhựa cacbonat có cấu trúc:

CH3

H - - O - C6H4 - C - C6H4- O - C -n - O - C6H5

O CH3

Ứng dụng quan trọng thứ ba của phenol là hydro hoá thành xyclo

hexanol để sản xuất sợi tổng hợp nilon và capro lactan.

Ngoài các ứng dụng quan trọng này, phenol và các dẫn xuất của nó còn

được sử dụng làm nguyên liệu cho nhiều ngành sản xuất khác như:

- Các dẫn xuất ankyl phenol (diamin, octyl) dùng làm sát trùng và diệt

nấm, các dẫn xuất clo phenol như pentaclo phenol dùng trong bảo quản gỗ;

2,4 diclo phenol axetic được dùng để làm thuốc diệt cỏ, các sản phẩm nitro

hoá đặc biệt là axit picric được dùng làm thuốc nổ.

- Sản xuất dược liệu dựa trên cơ sở sản xuất axit salixilic, aspirin.

- Sản xuất hương liệu, thuộc da, thuốc nhuộm, nhựa trao đổi ion.

- Sử dụng trong công nghiệp, làm dung môi để làm sạch các sản phẩm

dầu như làm sạch dầu nhờn khỏi thơm đa vòng, làm sạch H2SO4 trong quá

trình sản xuất nhựa lactam, acrylic.

- Sử dụng trong phòng thí nghiệm, làm dung môi để xác định phân tử

lượng, làm các chất khử trùng, liên kết các halogen tự do dư, hoà tan các chất

khó tan... Các dẫn xuất của phenol thì được dùng làm thuốc thử, chỉ thị.

Các ứng dụng của phenol ngày càng được mở rộng phổ biến trong cả

lĩnh vực công nghiệp cũng như phòng thí nghiệm.

Nguyễn Minh Phong 9

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

I.3. Các phƣơng pháp sản xuất phenol.

Phương pháp đầu tiên sản xuất phenol là tách phenol từ nhựa than đá.

Tuy nhiên, phương pháp sản xuất này cho hiệu suất rất thấp (0,05 kg

phenol/1tấn than), nên cho đến ngày nay không còn được sử dụng nữa.

Trên thế giới, hiện nay phenol được sản xuất chủ yếu theo các phương

pháp tổng hợp. Những phương pháp phổ biến nhất đang được sử dụng bao

gồm [3]:

- Sunfo hoá benzen và sản xuất phenol bằng phương pháp nóng chảy

kiềm các dẫn xuất sunfo.

- Clo hoá benzen và thủy phân kiềm clo benzen.

- Clo hoá benzen và thủy phân clo benzen bằng hơi nước (quá trình

Raschig-Hooker).

- Alkyl hoá benzen với propen thành iso-propylbenzen (cumen), sau đó

oxi hoá cumen thành cumen hydro peroxit tương ứng (quá trình Hock), rồi

tiếp tục tách hydro peroxit tạo thành phenol.

- Oxy hoá toluen thành axit benzen và oxi hoá khử nhóm cacboxyl tạo

phenol (quá trình Dow).

- Dehydro hoá hỗn hợp xyclohexanol-xyclohexanon.

- Oxi hoá trực tiếp benzen.

I.3.1. Phương pháp nóng chảy kiềm dẫn xuất sunfo (phương pháp sunfo

hoá) [3].

Đây là quá trình sản xuất phenol mang tính chất công nghiệp , đã được

thương mại hoá từ những năm 1914 - 1918, và vẫn được sử dụng cho tới nay

(tại Nhật Bản). Sự phổ biến của phương pháp này chủ yếu là do chất lượng

của phenol thu được: sản phẩm thu được bằng phương pháp này có độ tinh

khiết rất cao , khó có thể đạt được bằng các phương pháp khác. Độ tinh khiết

của phenol đóng một vai trò cực kì quan trọng trong nhiều quá trình tổng hợp

hữu cơ, đặc biệt là tổng hợp thuốc nhuộm.

Nguyễn Minh Phong 10

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

Các phản ứng chính diễn ra trong quá trìng tổng hợp phenol theo phương

pháp sunfo hóa bao gồm:

C6H6 + H2SO4  C6H5SO3H + H2O

2C6H5SO3H + 2Na2SO3 2C6H5SO3Na + H2O + SO2

C6H5SO3Na + 2NaOH C6H5ONa + Na2SO3 +H2O

2C6H5ONa + SO2 + H2O 2C6H5OH + Na2SO3

Quá trình tổng hợp diễn ra qua 5 giai đoạn sau: - Oxy hoá benzen bằng oleum tại khoảng 1500C . Để duy trì nồng độ

axit, nước được tách liên tục đẳng phí bằng cách cho benzen vào với khối

lượng dư.

- Chuyển hoá benzen sunfonic axit thành muối dạng kiềm nhờ sunfit

natri (Na2SO3). Ở giai đoạn này, H2SO4 dư thừa được trung hòa và tạo thành

sunfat natri, được tách ra khỏi khối phản ứng nhờ quá trình lọc. SO2 tạo thành

được sử dụng cho quá trình axit hoá phân huỷ phenolat natri thành phenol sau

này.

- Nóng chảy kiềm benzen sunfonat natri. Quá trình này diễn ra ở 3000C,

với xút có nồng độ 40% để tạo thành phenolat natri. Hàm lượng nước được

giữ ở mức để Na2SO3 kết tủa rồi phân tách nhờ quá trình ly tâm.

- Phân hủy phenolat natri bằng SO2 được tạo thành nhờ quá trình trung

hoà benzen sunfonic, giải phóng phenol. Khối sản phẩm tạo thành sẽ phân

tách thành 2 pha: pha hữu cơ ở phía trên có chứa phần lớn phenol tạo thành

và pha nước ở phía dưới có chứa sunfit và phần còn lại của phenol. Phần dung

dịch ở phía dưới này sẽ được tái sử dụng để trung hoà benzen sunfonic axit.

- Làm sạch phenol bằng quá trình chưng cất trong 3 cột liên tiếp.

Hiệu suất của quá trình từ 85 - 92% tính theo số mol benzen nguyên liệu.

Kỹ thuật này đặc biệt ưu việt ở chỗ chi phí đầu tư ban đầu ở mức trung bình

nhưng cho phép thu nhận sản phẩm rất tinh khiết. Lượng Na2SO3 dư thừa tạo

thành được chuyển sang phục vụ cho công nghệ sản xuất bột giấy.Tuy nhiên

Nguyễn Minh Phong 11

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

phương pháp này đòi hỏi phải vận hành liên tục, một điều rất khó thực hiện

được, và chi phí cho năng lượng, hoá chất công lao động cao.

I.3.2. Phương pháp clo hoá benzen, thủy phân clo benzen bằng kiềm [3].

Quá trình này đã được đưa vào sản xuất trong công nghiệp đầu những

năm 1920 và hiện đang được sử dụng ở một số nhà máy của Ấn Độ.

Những phản ứng chính trong quá trình gồm có :

(1) C6H6 + Cl2  C6H5Cl + HCl

(2) C6H5Cl + 2NaOH  C6H5ONa + NaCl + H2O

(3) C6H5ONa + HCl  C6H5OH +NaCl

- Phản ứng (1) là phản ứng clo hoá benzen ở pha lỏng diễn ra ở nhiệt độ 350C với xúc tác là FeCl3. Tỷ lệ các sản phẩm là C6H5Cl : 30 50%;

polyclorua benzen: 3  12%; benzen: 30 50%. Hỗn hợp sản phẩm được làm

ướt và trung hoà bằng NaOH và làm sạch clorua benzen bằng chưng cất.

- Thuỷ phân clorua benzen bằng NaOH tạo thành C6H5ONa và NaCl.

Thiết bị phản ứng dạng ống, gồm những ống xoắn bằng thép bền trong

ống được phủ bằng một lớp đồng và được đốt nóng bằng khí lò.

Phenolat tạo thành ở phản ứng (2) sau khi làm lạnh , giảm áp, chưng cất

được chuyển hoá thành phenol theo phản ứng:

ONa

2C6H5 + CO2 + H2O  2C6H5OH + Na2CO3

Phenol thu được đem đi làm sạch bằng chưng cất phân đoạn.

Sản phẩm phụ của quá trình bao gồm:

C6H5Cl + C6H5ONa  C6H5OC6H5 + NaCl

Lượng diphenyl ete tạo thành sẽ bị phân huỷ tạo thành phenol theo phản

ứng sau:

xt NaOH

C6H5O C6H5 + H2O 2C6H5OH

Nguyễn Minh Phong 12

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

Hiệu suất của phenol ở quá trình này từ 75  80% theo nguyên liệu đầu

là benzen. Những sản phẩm phụ (có dạng paradiclobenzen, diphenylete...) có

thể được tách ra và tận dụng làm nguyên liệu cho các quá trình khác.

Công nghệ này ít được sử dụng trong công nghiệp bởi nguyên liệu đắt

tiền, thiết bị phải được bảo quản cao và thiết bị bị ăn mòn nhanh chóng.

I.3.3. Phương pháp clo hoá benzen, thuỷ phân clo benzen bằng hơi nước

[3].

Qúa trình này lần đầu tiên được tiến hành ở pha hơi bằng kỹ thuật

Hooker/Raschig. Sau này, Gulf đã thử nghiệm thành công trong pha lỏng và

phương pháp mới đã được khắc phục được một số vấn đề công nghệ của quá

trình trong pha hơi. Hiện nay phương pháp sản xuất này vẫn được sử dụng

phổ biến ở Nam Mỹ.

a. Quá trình Hooker/Raschig.

Quá trình này bao gồm 4 giai đoạn chính:

- Giai đoạn 1: oxy clo hoá benzen ở nhiệt độ cao ( 230  2700C) bằng

khí HCl và không khí, với sự có mặt của tác oxy clo hoá CuCl2 mang trên

chất mang trơ. Hiệu suất quá trình giới hạn từ 10  15% nhằm mục đích tránh

sự tạo thành polyclorua benzen .

- Giai đoạn 2: Tách monoclobenzen bằng chưng cất hỗn hợp sản phẩm

tạo thành trong giai đoạn 1. Ngưng tụ một phần của sản phẩm và tiếp tục đưa

chúng đến cột brick-line để phân tách nước/benzen. Ở vị trí cao nhất chúng

được tái sử dụng đến khi tác nhân ổn định. Hỗn hợp benzen và clo benzen thu

được ở đáy được trung hoà với xút, rửa bằng nước, và được chưng cất ở 2 cột

để phân tách diclobenzen, monoclobenzen và benzen.

-Giai đoạn 3: Thuỷ phân monoclobenzen bằng hơi nước với tỷ lệ 1:1 với

sự có mặt của tricanxiphotphat hoặc xúc tác silicagel ở nhiệt độ khoảng 150  5000C. Khí HCl cùng với sản phẩm tái sinh sau khi hút, chiết và có thể đem

Nguyễn Minh Phong 13

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

cô đặc lại một lần nữa và làm khô. Hiệu suất chuyển hoá giai đoạn này

khoảng 10 15% và thuỷ phân được 85  95%.

- Giai đoạn 4: Làm sạch phenol, chiết dung môi (nước và benzen) và

chưng cất:

Các phản ứng bao gồm:

C6H6 + HCl + 1/2O2 (khí)  C6H5Cl + H2O

C6H5Cl + H2O  C6H5OH + HCl

Sự tạo thành diclobenzen ở phản ứng clo oxy hoá và poly phenol trong

thuỷ phân làm giảm hiệu suất của quá trình.

Nhược điểm của phương pháp này là chi phí nguyên liệu cao (clo rất đắt

tiền), các thiết bị phải chịu ăn mòn trong môi trường oxi và HCl ở nhiệt độ

cao.

b. Quá trình Gulf.

Oxy clo hoá benzen bằng dung dịch HCl (ở pha lỏng) trong lò phản ứng ở nhiệt độ 1350C với sự có mặt của oxi và HNO3. Benzen chuyển hoá hơn

80% và độ chọn lọc của monoclo benzen là hơn 90%. Sản phẩm phân lắng

tách thành 2 pha: pha hữu cơ gồm có benzen và các dẫn xuất clo benzen, pha

hữu cơ thì trung hoà hơi NaOH , pha nước được thu hồi bằng bay hơi của

HCl.

Quá trình thuỷ phân diễn ra trong pha hơi ở nhiệt độ 5500C với tỷ lệ hơi

nước/ clo benzen 3:1. Quá trình được tiến hành trực tiếp trên phân đoạn của

clo hoá bắt nguồn từ sản phẩm benzen bởi giai đoạn oxy clo hoá trước đó đã

bay hơi bằng cách đi qua một lò phản ứng với sự có mặt của một xúc tác cố

định là lantan photphat kích hoạt bởi Cu. Độ chuyển hoá của quá trình là 40%

và chọn lọc phenol hơn 90%. Quá trình thuỷ phân clobenzen không được ứng

dụng nhiều trong công nghiệp vì phản ứng clo hoá có ảnh hưởng xấu đến môi

sinh.

Nguyễn Minh Phong 14

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

I.3.4. Phương pháp oxy hoá cumen [4].

Phương pháp này lần đầu tiên được sử dụng ở Liên Xô vào năm 1943.

Phương pháp này cho phép sản xuất đồng thời phenol và axeton đi từ benzen

và propylen. Đến năm 1953, phương pháp này đã được áp dụng ở Anh và Mỹ,

và hiện nay đang được sử dụng rộng rãi ở nhiều nước khác trên thế giới như

Canada, Pháp, Italia, Nhật Bản, Tây Ban Nha, Brazin với tổng sản lượng khoảng 5.106 tấn/năm.

Phương pháp sản xuất phenol bằng cumen được tiến hành qua 3 giai

đoạn chính:

- Ankyl hoá benzen bằng propylen tạo thành cumen.

- Oxi hoá cumen tạo ra hydro peroxit.

- Tách hydro peroxit với sự có mặt của axit.

I.3.4.1. Phản ứng ankyl hoá benzen bằng propylen.

AlCl3, pha lỏng

C6H6 + CH3 – CH = CH2 C6H5CH (CH3)2

H3PO4, pha hơi

Phản ứng được tiến hành trong pha lỏng ở nhiệt độ gần 1000C với xúc tác clorua nhôm, hoặc trong pha hơi ở nhiệt độ gần 2500C, áp suất 35,4 at với

xúc tác H3PO4 mang trên đá bọt.

I.3.4.2. Phản ứng oxi hoá cumen:

Điều kiện phản ứng:

- Nhiệt độ : 90 1200C

- Áp suất : 0,5 0,7 MPa

Quá trình oxi hoá cumen bằng không khí hoặc không khí giầu oxy được

thực hiện trong thiết bị phản ứng tháp tầng sôi có chiều cao khoảng 20m. Quá

Nguyễn Minh Phong 15

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

trình tiến hành trong một hệ thống ổn định kiềm (độ pH = 7 - 8 ) và một hệ

thống không ổn định axit (độ pH = 3 - 6).

Quá trình oxy hoá tự xúc tác, tốc độ phản ứng tăng lên kèm theo sự tăng

nồng độ hydro peroxit.

Đây là quá trình toả nhiệt (800kJ) đồng thời giải phóng ra 1kg hydro

peroxit. Nhiệt của phản ứng được tách ra nhờ quá trình làm lạnh.

Sản phẩm phụ của quá trình theo cơ chế chuỗi gốc tự do là: 2,2-dimetyl

benzen alcolhol và axeton phenol. Sản phẩm chính được hình thành từ quá

trình phân huỷ nhiệt hydro peroxit, quá trình này xảy ra trong một khoảng nhiệt độ lớn có thể lên tới 1300C. Các hợp chất lưu huỳnh như sunfit, disunfit,

thiol và thiophen và các phenol ức chế quá trình tự oxy hoá.

Hàm lượng oxy trong khí thải: 1- 6% thể tích nồng độ oxy cần thiết đối

với quá trình bốc cháy của cumen bao gồm bỗn hợp oxy-nitơ là 8,5% thể tích,

áp suất phản ứng khoảng 0,5 - 0,6 MPa.

Giới hạn nổ của cumen với hỗn hợp hơi-khí vào khoảng 0,8 - 8,8% thể

tích cumen ở áp xuất thường. Ở áp suất 0,5MPa giới hạn nổ trên bị thay đổi

tới 10,3% thể tích cumen. Hỗn hợp oxy hoá chứa khoảng 20 - 30% hydro

peroxit. Nếu quá trình oxi hoá tiến hành trong hệ thống ổn định kiềm hoá thì

hỗn hợp oxi hoá được rửa sạch bằng nước để tách các muối vô cơ.

I.3.4.3. Phản ứng tách hydroperoxit.

Phản ứng được tiến hành ở 500C - 900C, thời gian phản ứng là 1/2 giờ.

Sản phẩm phân huỷ được trung hoà rồi chưng cất để tách phenol, axeton và

các sản phẩm phụ khác.

Quá trình tách được tiến hành theo hai cách sau:

a. Tiến hành tách trong pha đồng thể.

Nguyễn Minh Phong 16

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

Lượng dư axeton vào khoảng 0,1 2% đối với axit sunfuric, là lượng cần

thiết trong quá trình tách. Nhiệt độ phản ứng là điểm sôi của hỗn hợp hydro

peroxit-axeton. Điểm sôi này có thể xác định được dựa trên hàm lượng axeton

có trong hỗn hợp. Trong quá trình tách, nhiệt lượng toả ra lớn và được tách ra

bằng cách cho bay hơi axeton từ hệ thống phản ứng.

b. Tiến hành tách trong pha dị thể.

Hydro peroxit được tách ra cùng với 40 - 45% axit sunfuric đậm đặc

theo tỷ lệ 1:5. Phản ứng chính tiến hành trong một hệ thống làm lạnh liên tục, trong đó nhiệt độ ổn định ở khoảng 50-600C và được duy trì bằng một thiết bị

làm lạnh riêng phù hợp. Để hạn chế sự hình thành của sản phẩm phụ, thời

gian lưu trong thiết bị phải ngắn (vào khoảng 50-60 giây). Để hạn chế sự ăn

mòn của thiết bị thì hệ thống làm lạnh phải được thiết kế bằng các loại thép

chịu được sự ăn mòn của axit: như nhôm, niken, đồng.

*Các phản ứng phụ:

-Tạo ra axeton - phenol

-Tạo thành rượu bậc 3 – dimetyl phenyl

-Tạo ra – metyl styren

Nguyễn Minh Phong 17

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

Ưu điểm của phương pháp này là sản xuất đồng thời được hai sản phẩm

có giá trị là axeton và phenol, giá thành phenol thấp hơn các phương pháp

trên, nguyên liệu rẻ tiền. Nhược điểm là chi phí đầu tư cao nhất trong các

phương pháp, dễ gây nổ trong quá trình sản xuất, tạo ra sản phẩm phụ.

I.3.5. Phương pháp oxi hoá toluen [4].

Các phản ứng xảy ra trong quá trình:

Muối Cu

2C6H5CH3 + 3O2  2C6H5COOH + 2H2O

2C6H5COOH + 1/2O2 C6H5COOC6H4COOH (octo)

 C6H5OH + C6H5COOH + CO2

Phương trình tổng có dạng:

C6H5CH3 + 2O2  C6H5OH + CO2 + H2O

Quá trình tiến hành qua hai giai đoạn:

Giai đoạn 1: oxy hoá pha lỏng toluen thành axit benzen bằng không khí ở 1400C và áp suất gần 3at trong điều kiện có xúc tác muối coban. Tách lấy

axit benzoic và đưa toluen, rượu benzylic, benzaldehyt trở lại phản ứng.

Giai đoạn 2: oxi hoá axit benzoic thành phenol (có xúc tác muối đồng)

qua giai đoạn trung gian tạo thành axit benzoyl salyxilic (axit này sẽ bị thuỷ

phân, decacboxyl hoá tạo thành và axit bezoic). Phản ứng tiến hành bằng

cách: đun nóng axit benzoic có chứa benzoat đồng (xúc tác) và benzoat magie (chất kích động) với hơi nước và không khí đến nhiệt độ 230 - 2400C dưới áp

suất: 0,35 0,7at, hơi phenol và axit benzoic được liên tục đưa từ thiết bị phản

ứng qua tinh luyện để phân riêng.

Tuy hiệu suất của phenol theo phương pháp này chỉ đạt 70 - 75% nhưng

phương pháp này có ưu điểm là nguyên liệu toluen rẻ hơn benzen, phản ứng

đơn giản nên quá trình đơn giản, dễ thao tác trong quá trình sản xuất. Nhược

điểm của phương pháp này là tiến hành quá trình ở nhiệt độ cao, ăn mòn thiết

bị, tạo sản phẩm phụ. Hiện nay có ba nhà máy đang sử dụng công nghệ này

tại Mỹ và Canada.

Nguyễn Minh Phong 18

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

I.3.6. Phương pháp dehydro hoá hỗn hợp xyclohexanol và xyclohexanon [4].

Các phản ứng của quá trình:

C6H6 + 3H2  C6H12

C6H12 + O2  C6H10O+ H2O

C6H12 + 1/2O2 C6H11OH

C6H10O C6H5OH + 2H2

C6H11OH  C6H5OH + 3H2

Quá trình gồm các giai đoạn sau:

- Giại đoạn 1: Hydro hoá benzen thành xyclohexan có xúc tác niken

mang trên chất mang, ở nhiệt độ 140 - 2000C và áp suất 10  15 at. Nếu

benzen có lẫn tạp chất lưu huỳnh thì cần có xúc tác oxyt hoặc sunfua niken,

wolfram và ở điều kiện nhiệt độ 320  3600C, áp suất gần 30 at.

- Giai đoạn 2: Oxy hoá xyclohexan thành hỗn hợp xyclohexanol và

xyclohexanon được tiến hành trong pha lỏng bằng không khí có xúc tác muối

coban, ở nhiệt độ 145  1700C và áp suất 8  12at.

- Giai đoạn 3: Dehydro hoá hỗn hợp xyclohexanol và xyclohexanon

thành phenol trên xúc tác platin mang trên than ở nhiệt độ 250  4250C .

I.3.7. Oxy hoá trực tiếp benzen [3].

Khi ta cho hơi benzen tác dụng với không khí trong điều kiện có hơi nước ở nhiệt độ cao (400 - 6000C) hoặc oxy hoá dung dịch nhũ tương nước

benzen ở điều kiện thường thì sẽ tạo thành phenol theo phương trình phản ứng

sau:

C6H6 + 1/2O2  C6H5OH

Hiệu suất của phenol là 40 - 60% tính theo benzen.

Phương pháp này được dùng để điều chế phenol trong phòng thí nghiệm.

Trong quá trình oxy hoá trực tiếp benzen thành phenol thì tạo thành

nhiều sản phẩm phụ, đặc biệt là biphenyl. Đã có rất nhiều biện pháp để khắc

phục nhược điểm trên nhưng đều không có kết quả. Gần đây oxi hoá benzen

Nguyễn Minh Phong 19

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

bằng không khí dưới áp suất, có axit axetic và xúc tác mới paladi. Phản ứng

được tiến hành cả trong pha khí và pha lỏng. Sản phẩm của quá trình là hỗn

hợp phenol và phenyl axetat. Tuy hướng nghiên cứu này đã đạt được một số

kết quả khả quan nhưng vẫn chưa đựơc đưa vào sản xuất trong thực tế.

SO SÁNH CÁC PHƢƠNG PHÁP SẢN XUẤT PHENOL.

Qua một số phương pháp sản xuất phenol được trình bày ở trên ta rút ra

một số nhận xét như sau:

Việc sản xuất phenol bằng phương pháp sunfo hoá có ưu điểm là thiết bị

chế tạo đơn giản, vốn đầu tư ít, tận dụng được các sản phẩm phụ, chi phí

nguyên vật liệu ít do đó giảm giá thành sản phẩm. Đặc biệt phương pháp

sunfo hoá cho phép thu nhận sản phẩm phenol cực kỳ tinh khiết 90% mà

không cần qua bất kỳ quá trình làm sạch nào. Có lẽ chính vì vậy, mặc dù

phương pháp sunfo hoá là phương pháp đầu tiên trên thế giới nhưng cho đến

ngày nay vẫn được dùng để sản xuất phenol trong công nghiệp.

Phương pháp điều chế phenol bằng cách thuỷ phân clobenzen bằng kiềm

đòi hỏi ở nhiệt độ và áp suất cao do đó thiết bị phản ứng phải được chế tạo

bền, tốt, các chế độ công nghệ khắt khe hơn do vậy khó thực hiện hơn các

phương pháp khác.

Ngoài ra các phương pháp còn lại đều có giá thành tương đối cao, chi phí

đầu tư cho công nghệ cũng như nguyên liệu lớn.

Nguyên tắc lựa chọn dây chuyền công nghệ xuất phát từ đặc điểm thực

tế của mỗi quốc gia, xuất phát từ trình độ cũng như quy mô sản xuất lớn hay

nhỏ, vốn đầu tư ít hay nhiều... Từ các phương pháp đã trình bày ở trên, có thể

thấy phương pháp sunfo hoá phù hợp với điều kiện thực tiễn nước ta. Do vậy,

trong bản đồ án này em xin trình bày thiết kế tính toán cho phân xưởng “sản

xuất phenol bằng phương pháp sunfo hoá”.

Nguyễn Minh Phong 20

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

CHƢƠNG II

SẢN XUẤT PHENOL BẰNG PHƢƠNG PHÁP SUNFO HOÁ

NÓNG CHẢY KIỀM

II.1. Nguyên liệu .

Trong quá trình sản xuất phenol theo phương pháp sunfo hoá, các

nguyên liệu chính được sử dụng là benzen, axit sunfuric (H2SO4) và kiềm

(NaOH) .

II.1.1.Benzen [2].

Benzen có công thức phân tử là C6H6. Về cấu tạo, benzen là hợp chất

không no chứa 3 nối đôi, dễ tham gia phản ứng thế, khó tham gia phản ứng

cộng và bền vững với chất oxy hoá.

a. Tính chất vật lý của benzen:

Benzen là chất lỏng không màu, linh động, mùi thơm đặc biệt. Nhiệt độ sôi ở 0,1 MPa là 80,10C (benzen kỹ thuật sôi ở 79 đến 810C); nhiệt độ nóng chảy là 5,50C; nhiệt độ bắt lửa là -140C; tỷ trọng . Khối lượng

phân tử là 78 kg/kmol. Dễ cháy nổ khi đạt tỉ lệ 1,4 đến 8% thể tích benzen

trong không khí.

Benzen không tan trong nước nhưng tan trong rượu, ete, dầu hoả.

Benzen hoàn tan được nhiều chất nhựa, mỡ, lưu huỳnh và nhiều chất khác

không tan trong nước, nên là một dung môi thông dụng. Benzen là nguồn

nguyên liệu quan trọng trong công nghiệp phẩm nhuộm anilin, dược phẩm,

trong sản xuất cao su tổng hợp và chất dẻo... đặc biệt là tổng hợp hoá học.

b. Tính chất hoá học của benzen.

Các tính chất hoá học của benzen đều dựa trên cấu tạo hoá học đặc biệt

của nó. Benzen có công thức cấu tạo như sau:

Nguyễn Minh Phong 21

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

Do sự liên hợp các electron  trong nhân benzen, nên nhân benzen có

tính chất hoá học đặc trưng là tính thơm. Đó là khuynh hướng của nhân

benzen dễ tham gia phản ứng thế khó tham gia phản ứng cộng và bền vững

với tác nhân oxi hoá và bền nhiệt.

- Phản ứng oxi hoá:

Benzen bền đối với các chất oxi hoá mạnh như: HNO3, KMnO4, H2Cr2O7

- Phản ứng cộng hợp:

pt C6H6 + 3H2 C6H12 + 49,8 kcal hv C6H6 + 3Cl2 C6H6Cl6

-Phản ứng thế: đặc trưng là phản ứng thế electrophyl do benzen có mật

độ điện tử cao, benzen tham gia các phản ứng thế sau:

+ Halogen hoá:

AlCl3 C6H6 +Cl2 C5H5Cl + HCl

+ Nitro hoá:

H2SO4 C6H6 + HNO3 C6H5NO2 + H2O

+ Sunfo hoá:

C6H6 + H2SO4 C6H5SO3H + H2O

+ Ankyl hoá: AlCl3

C6H6 +C2H5Cl C6H5C2H5 + HCl Trong điều kiện sunfo hoá ở nhiệt độ 1500C, hàm lượng SO2 chiếm 78

đến 81%, nếu có các cyclohexan thì thiophen sẽ dễ bị oxi hoá tạo nhựa. Do

đó dùng benzen kỹ thuật đã được làm sạch khỏi các tạp chất để giảm sản

phẩm phụ tăng hiệu suất của quá trình.

II.1.2. Axit sunfuric.

a. Tính chất vật lý [5].

Axit sunfuric là chất lỏng không màu, rất nhớt và hút ẩm, dễ đông ở 00C,

khi đun nóng phân huỷ một phần giải phóng SO3 và phân huỷ hoàn toàn ở

nhiệt độ cao. Axit sunfuric có khả năng trộn lẫn vô hạn với nước, dung dịch

Nguyễn Minh Phong 22

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

loãng là axit mạnh, dung dịch đặc thụ động một số kim loại như Be, Bi, Co,

Fe, Mg, Nb.

Axit sunfuric là chất oxi hoá mạnh khi dung dịch đậm đặc, yếu khi dung

dịch loãng. Axit khan là dung môi không nước đối với sunfat kim loại, hoà

tan nhiều H2Cr2O7 và SO3.

Khối lượng phân tử của H2SO4 là 98,08 kg/kmol; nhiệt độ sôi của H2SO4 98% là 336,60C; với thành phần đẳng phí là 98,3% H2SO4 thì nhiệt độ đẳng phí là 336,30C; tỷ trọng : nhiệt độ kết tinh là -100C.

Nhiệt dung riêng đẳng áp ở 200C là : độ nhiệt độ nóng

chảy đối với axit khan là 25 kcal/kg, nhiệt bay hơi là 122 kcal/kg.

Axit sunfuric là một axit vô cơ mạnh, H2SO4 ở thể hơi thì rất độc, dung

dịch đặc sẽ gây bỏng nặng. Axit khan háo nước và khi hoà tan thì toả nhiệt

mạnh.

b. Tính chất hoá học [6].

Axit sunfuric có những tính chất hoá học chủ yếu sau: axit mạnh, oxi

hoá, sunfo hoá, hidrat hoá.

Trong dung dịch nước axit sunfuric là axit mạnh ở nấc điện li đầu tiên,

- 2- , K = 10-2

nấc thứ hai nó điện li yếu hơn:

H2SO4 H+ + HSO4 - H+ + SO4 HSO4

Axit sunfuric đặc, nóng oxi hoá được cả những kim loại kém hoạt động

như đồng bạc, thuỷ ngân và sản phẩm sự khử H2SO4 là SO2.

2H2SO4 + Cu CuSO4 + SO2 + 2H2O

Với các kim loại hoạt động, sản phẩm sự khử axit sunfuric ngoài SO2

còn tạo thành S, H2S.

Mg + 2H2SO4 MgSO4 + SO2 + 2H2O

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

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

Nguyễn Minh Phong 23

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

Axit sunfuric nồng độ lớn hơn 65%, nguội không tác dụng với sắt

Với một số phi kim như P, S, C bị axit sunfuric đặc nóng õi hoá đến

oxit hoặc axit tương ứng.

2H2SO4 + S  3SO2 + 2H2O

Tính chất sunfo hoá các hợp chất hữu cơ vòng thơm của axit sunfuric

-

đặc thể hiện ở phản ứng:

ArrH + 2H2SO4  ArSO3H + H3O+ + HSO4

Cuối cùng axit sunfuric đặc là tác nhân hiđrat hoá , nó có thể hoá than

gluxit.

(C6H10O5)n + HSO4  6nC + HSO4 .5nH2O

Do dó cần phải rất cẩn thận khi làm việc với axit sunfuric đặc, nếu bị

axit dây vào da cần rửa nhanh bằng một lượng lớn nước .

Trái với axit đặc , axit sunfuric 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

Axit sunfuric là một trong những sản phẩm quan trọng nhất của công

nghiệp hoá chất . Nó được dùng để điều chế các sunfat, làm tác nhân sunfo

hoá , chế tạo phân photpho (lân), là axit vô cơ rẻ được sử dụng nhiều trong

công nghiệp hoá chất , luyện kim và các phòng thí nghiệm hoá học.

II.1.3. Hydroxit natri [5].

a. Tính chất vật lý.

Xút có màu trắng, hút ẩm, nóng chảy và sôi không phân huỷ. Tan nhiều

trong nước (toả nhiều nhiệt) tạo môi trường kiềm mạnh trong dung dịch, làm

giảm mạnh độ tan của nhiều muối natri trong nước, không tan trong amoniac

lỏng.

Khối lượng phân tử: 40kg/kmol.

Nguyễn Minh Phong 24

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

Nhiệt độ nóng chảy: 3210C.

Nhiệt độ sôi: 13900C.

Tỷ trọng:

Xút là chất ăn mòn da rất mạnh và gây bỏng nặng.

b. Tính chất hoá học:

Thể hiện tính chất của hydroxit bazơ: trung hoà axit, phản ứng với axit.

Hấp thụ CO2 trong không khí, phản ứng với phi kim, kim loại, axit lưỡng tính,

hydroxit lưỡng tính.

-Tác dụng với oxit axit.

NaOHloãng + EO2 = NaHEO3 (E = C,S)

2NaOH + EO2 = Na2EO3 + H2O (E = C,S)

-Tác dụng với phi kim:

2NaOHđặc,nóng + E2 = NaEO + NaE + H2O (E = Cl,Br, I)

-Tác dụng với kim loại:

2(NaOH .H2O) + 2Al = 2NaAlO2 + 3H2

- Tác dụng với axit:

2NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + 2H2O

II.2. Các giai đoạn của qui trình sản xuất [7].

Trong kỹ thuật tổng hợp các chất hữu cơ trung gian, sunfo hoá có ý

nghĩa hàng đầu và được ứng dụng rộng rãi. Một trong những ứng dụng quan

trọng nhất của sunfoaxit là để sản xuất phenol.

Tác nhân sunfo hoá thường dùng hơn cả là axit sunfuric với những nồng

độ khác nhau. Trong kỹ thuật thường dùng loại axit có nồng độ 92- 93% và

monohydrat (axit sunfuric nồng độ 98 - 100%). Ngoài ra có thể dùng một số

tác nhân sunfo hoá khác nhau như closunfuric axit (ClSO3H), anhydric

sunfuric SO3.

Phương pháp gồm 4 giai đoạn chính sau:

Nguyễn Minh Phong 25

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

- Giai đoạn sunfo hoá.

- Giai đoạn trung hoà.

- Giai đoạn nóng chảy kiềm.

- Giai đoạn axit hoá.

II.2.1. Quá trình sunfo hoá.

II.2.1.1. Khái niệm chung.

Sunfo hoá là quá trình thay thế một hay nhiều nguyên tử hydro trong

nhân thơm bằng nhóm sunfo -SO3H. Sản phẩm gọi là axit sunfonic hay

sunfoaxit.

Phản ứng sunfo hoá có thể áp dụng đối với các hợp chất đã có nhóm thế,

chưa có nhóm thế và cả những thuốc nhuộm thành phẩm cần tăng tính axit,

tăng độ hoà tan trong nước.

Khi dùng tác nhân H2SO4, có thể biểu diễn phản ứng sunfo hoá bằng

phương trình sau.

ArH + HOSO3H ArSO3H + H2O

Sunfo hoá là quá trình thuận nghịch, nước tạo thành trong phản ứng vừa

pha loãng tác nhân, vừa thuỷ phân sunfo axit tạo thành. Nếu dùng oleum với

hàm lượng SO3 sao cho khi bị nước phản ứng pha loãng, nồng độ tác nhân

không thấp hơn 100%, có thể khắc phục được phản ứng thuỷ phân đó.

II.2.1.2 .Những điều kiện ảnh hƣởng tới quá trình .

a. Nồng độ tác nhân.

Tốc độ phản ứng sunfo hoá phụ thuộc vào nồng độ tác nhân sunfo hoá

(H2SO4). Khi nồng độ tác nhân thay đổi, tốc độ phản ứng thay đổi với mức độ

lớn hơn rất nhiều so với những kết quả tính toán dựa theo phương trình động

học bình thường.

v = K.ArH . H2SO4

Lượng nước tạo thành trong quá trình phản ứng sẽ pha loãng axit, tốc độ

phản ứng giảm đi rõ rệt, đến một lúc nào đó phản ứng có thể coi như dừng

Nguyễn Minh Phong 26

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

hẳn. Nồng độ axit sunfuric, biểu thị bằng %SO3 tại đó axit không có khả năng

sunfo hoá tiếp tục nữa, gọi là -sunfo hoá. Giá trị -sunfo hoá phụ thuộc vào

hợp chất hữu cơ, nhiệt độ phản ứng và số nhóm sunfo sẽ đưa vào.

Axit sau khi phản ứng (thường có nồng độ ) gọi là axit đã làm việc. Để

sunfo hoá hoàn toàn lượng nguyên liệu đưa vào chúng ta phải tính được lượng

tác nhân cần có, dựa vào nồng độ axit đã làm việc (-sunfo hoá). Có công

thức tính sau:

X: lượng tác nhân cần có để mono sunfo hoá 1kg mol hợp chất hữu cơ,

kg.

a: Hàm lượng SO3 trong tác nhân sunfo hoá lúc ban đầu, %.

Từ công thức trên ta thấy, nếu hàm lượng SO3 trong tác nhân sunfo hoá

ban đầu càng cao thì lượng tác nhân cần thiết càng ít, và nếu sự khác biệt giữa

a và X càng nhỏ thì lượng axit càng lớn.

Khi chọn nồng độ tác nhân, cần chú ý tới giới hạn nồng độ tác nhân. Nếu

nồng độ cao quá sẽ xảy ra các phản ứng phụ vừa lãng phí nguyên liệu, sản

phẩm lại kém tinh khiết.

b. Nhiệt độ.

Nhiệt độ cũng ảnh hưởng rất lớn, không những tới tốc độ phản ứng sunfo

hoá, mà còn ảnh hưởng tới vị trí của nhóm sunfo trong sản phẩm.

Khi nhiệt độ cao quá giới hạn cho phép có thể xảy ra các phản ứng phụ

như oxy hoá hợp chất hữu cơ phản ứng tạo sunfon.

II.2.1.3. Các phản ứng phụ:

Khi sunfo hoá có thể xảy ra một số phản ứng không tạo sunfo axit.

Chính nồng độ tác nhân và nhiệt độ vượt quá giới hạn cho phép là những

nguyên nhân gây nên các phản ứng này. Các phản ứng phụ không những gây

hao tổn nguyên liệu một cách vô ích mà còn làm cho sản phẩm kém tinh

khiết.

Nguyễn Minh Phong 27

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

Ở nhiệt độ cao anhydric sunfuric và axit sunfuric là những chất oxi hoá

mạnh đối với nhiều hợp chất hữu cơ. Vì thế, sunfo hoá ở nhiệt độ cao tạo điều

kiện thuận lợi cho phản ứng oxi hoá. Phản ứng oxi hoá biểu hiện ở nhiều mức

độ khác nhau. Ở mức độ thấp làm xuất hiện nhóm -OH trong hợp chất, mức

độ cao là cháy hoàn toàn hợp chất hữu cơ. Để khắc phục hiện tượng này, nên

tiến hành phản ứng với những điều kiện tương đương và ở nhiệt độ thấp hơn,

như dùng tác nhân sunfo hoá với nồng độ cao hơn, mạnh hơn và tinh khiết

hơn (không chứa các tạp chất xúc tác). Ngoài ra, để giảm hiệu ứng oxi hoá

của axit sunfuric và anhydric sunfuric, người ta thường cho thêm vào khối

phản ứng sunfo các ion kim loại kiềm (chủ yếu ở dạng sunfat).

Dạng phản ứng phụ thứ hai là phản ứng tạo sunfon ArSO2Ar. Các

sunfon được tạo thành chủ yếu do sự tương tác giữa sunfoaxit với hợp chất

hữu cơ ban đầu.

ArSO3H+ ArH  ArSO2Ar + H2O

Điều kiện thuận lợi cho phản ứng tạo sunfon là nồng độ tác nhân sunfo

hoá cao (chứa nhiều SO3 tự do) khi trong khối phản ứng đã có một lượng lớn

sunfo axit, và nhiệt độ phản ứng cao.

Ngày nay sunfon không chỉ còn là một sản phẩm phụ vô ích của phản

ứng sunfo hoá nữa. Rất nhiều sunfon của dãy thơm và ankyl aryl sunfon đã

được coi như những chất trung gian trong sản xuất thuốc nhuộm, chất thuốc

da cũng như nhiều loại sản phẩm khác.

Trong nhiều trường hợp khi sunfo hoá có thể xảy ra các phản ứng phụ

tạo nên các dẫn xuất của sunfo axit. Nhưng khi đun nóng khối sunfo đã bị pha

loãng chúng lại chuyển thành các sunfo axit sản phẩm chính.

II.2.1.4. Cơ chế phản ứng sunfo hoá.

Trước khi xét cơ chế phản ứng sunfo hoá, ta xét qua bản chất hoá học

của các tác nhân sunfo hoá.

Nguyễn Minh Phong 28

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

Axit sunfuric khan (100%) ở nhiệt độ thường là một chất liên hợp ở mức

độ cao, gồm những phần nhỏ với mạch dài hình thành do liên kết hydro. Xét

công thức cấu tạo axit sunfuric :

Ta thấy do có sự chuyển dịch điện tử về phía nguyên tử oxy nên mật độ

điện tử tại các nguyên tử hydro giảm xuống, hydro có xu hướng kéo điện tử

về phía mình. Do đó hình thành liên kết hydro.

Nhưng khi nhiệt độ tăng, các liên kết hydro bị phá vỡ axit sunfuric 100%

-

+ + HSO4

-

phân ly theo phương trình:

2H2SO4 H3SO4 2H2SO4 SO3 +H3O+ + HSO4

Bằng các phương pháp phân tích hoá lý người ta xác nhận rằng trong

axit sunfuric 100% có 99,7 - 99,8% các phân tử H2SO4 ở dạng liên hợp khi

-

nhiệt độ tăng, sự liên hợp đó sẽ giảm đi còn 0,2 - 0,3% các phân tử phân ly.

Trong dung dịch H2SO4 với nước, axit phân ly theo phương trình: H2SO4 + H2O H3O+ + HSO4

Các phân tử H2SO4 chỉ tồn tại trong dung dịch axit có nồng độ từ 75%

trở lên càng bị pha loãng H2SO4 càng phân ly mạnh theo phương trình trên,

2-

-2

do đó lượng ion bisunphat càng tăng.

Trong H2SO4 nồng độ 50% và thấp hơn xuất hiện ion SO4 H2SO4 + 2H2O  2H3O+ + SO4

Nguyễn Minh Phong 29

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

Oleum là dung dịch anhydrit sunfuric trong axit sunfuric 100%. Trong

oleum axit disunfuric được tạo thành theo phương trình:

-

SO3 + H2SO4 H2S2O7

+ và HS2O7

Ngoài disunfuric axit, trong oleum còn có các ion H3SO4

-

được tạo thành theo phản ứng:

- + HS2O7

SO3 + 2H2SO4 H3SO4

và các phân tử H2S3O10 , H2S4O13 . Khi hàm lượng SO3 trong oleum tăng,

lượng H2SO4 giảm dần, lượng H2S2O7, H2S3O10 và H2S4O13 tăng dần.

Như chúng ta đã thấy ở trên, thành phần tác nhân sunfo hoá tương đối

phức tạp, bản chất của chúng lại thay đổi khi hàm lượng SO3 và H2O trong đó

thay đổi.

Trong khối phản ứng sunfo hoá nhiều hợp chất hữu cơ tan trong H2SO4

100%, sẽ ion hoá thành cation hữu cơ. Cho nên khi cho hợp chất hữu cơ tác

-, HSO4

+) và hợp chất hữu cơ ở dạng phân tử trung hoà hay cation.

dụng với tác nhân sunfo hoá, ta được một hỗn hợp các phần tử khác nhau, -, gồm các phân tử trung hoà (SO3, H2SO4, H2S2O7, các ion HS2O7

2-, H3SO4

2-

SO4

-, HS2O7

- , và SO4

Trên thực tế dung dịch chứa nhiều các ion HSO4

giảm (do tạo nhiều ion HSO4

không có khả năng sunfo hoá. Khi điện phân axit sunfuric, tốc độ sunfo hoá -). Những phân tử có khả năng là tác nhân sunfo +. hoá hơn cả là các phần tử trung hoà SO3, H2SO4, H2S2O7 và cation H3SO4

Rất có thể khi sunfo hoá, hợp chất hữu cơ sẽ đồng thời phản ứng với tất cả

các tác nhân trên, tức là các phản ứng sẽ xảy ra song song, nhưng với tốc độ

khác nhau:

ArH + SO3  ArSO3H

ArH + H2SO4 ArSO3H + H2O

ArH + H2S2O7 ArSO3H + H2SO4 + ArSO3H + H3O+ ArH + H3SO4

Tuỳ thuộc vào hàm lượng SO3 và H2O trong tác nhân mà tỷ lệ các phản

ứng trên cũng thay đổi theo.

Nguyễn Minh Phong 30

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

Theo cơ chế được công nhận hiện nay, người ta cho rằng tác nhân tấn

+H

công trực tiếp vào nhân thơm là ion được tạo thành theo phương trình:

- + H3SO4

+ HSO4

- + H2O + SO3

2H2SO4 HSO4

Chúng kết hợp với hợp chất thơm tạo hợp chất trung gian với điện tích

dương ở nhân. Sơ đồ cơ chế phản ứng được viết như sau:

Phản ứng sunfo hoá các hợp chất thơm (cũng giống như các phản ứng

nitro hoá, clo hoá) là phản ứng thế electrophyl. Tốc độ phản ứng sunfo hoá

bằng oleum hay H2SO4 có thể viết:

v = K ArH. SO3

Khi phản ứng với H2SO4, tốc độ sunfo hoá tỉ lệ nghịch với hàm lượng

nước.

V =

II.2.1.5. Kỹ thuật tiến hành phản ứng sunfo hoá.

Phản ứng sunfo hoá được tiến hành trong thiết bị bằng thép hoặc gang,

có cánh khuấy, vỏ bọc hay ống xoắn để đun nóng bằng hơi nước hay làm lạnh

bằng nước thường, có ống gắn nhiệt kế.

Khuấy trộn là yếu tố rất quan trọng vì khối sunfo trong phần lớn các

trường hợp là dị thể, quánh, đặc. Khi khối phản ứng ở dạng loãng, linh động

(sunfo hoá benzen) có thể dùng cánh khuấy bơi chèo với khối phản ứng có độ

nhớt trung bình, dùng cách khuấy hình khung mỏ neo. Với những khối phản

Nguyễn Minh Phong 31

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

ứng quánh đặc, phải dùng cách khuấy mỏ neo với những cấu trúc đặc biệt bền

vững.

Phản ứng sunfo hoá thường được tiến hành ở nhiệt độ từ 30 - 1800C. Nếu

nhiệt độ phản ứng không cao lắm ta cho axit vào thiết bị phản ứng trước, sau

đó mới cho nguyên liệu đã được chuẩn bị. Lượng tác nhân được đưa vào

sunfo hoá thường gấp 2-5 lần so với lý thuyết, vì ngoài lượng tác nhân tham

gia phản ứng còn cần một lượng tác nhân để bù vào axit đã làm việc.

Sau khi cho hết tác nhân phản ứng vào nguyên liệu người ta nâng khối

phản ứng lên tới nhiệt độ cần thiết, giữ nhiệt độ đó trong một thời gian nào

đó. Kết qủa của phản ứng phụ thuộc vào nhiều yếu tố, điều cần thiết là phải

khống chế các điều kiện phản ứng sao cho thích hợp nhất (nồng độ tác nhân,

nhiệt độ phản ứng, độ tinh khiết của nguyên liệu, thời gian phản ứng khuấy

trộn) có như vậy phản ứng mới đạt hiệu suất cao, chất lượng sản phẩm tốt.

II.2.2. Quá trình trung hoà.

Khi phản ứng sunfo hoá kết thúc, cần tách sản phẩm (sunfo axit) khỏi

axit đã làm việc. Chúng ta dựa vào tính chất của sản phẩm để chọn 1 phương

pháp tách thích hợp nhất.

- Tách bằng nước: sau khi phản ứng kết thúc, người ta cho vào khối phản

ứng một lượng nước lạnh, hoặc nước đá (để giảm độ hoà tan của sunfo axit).

Sau đó sẽ lọc tách sản phẩm. Phương pháp này đơn giản, kinh tế nhất, nhưng

do chỉ áp dụng được đối với những sunfo axit không tan trong nước, mà phần

lớn các sunfo axit lại tan trong nước cho nên không được ứng dụng rộng rãi.

- Tách bằng muối ăn: khi cho dung dịch NaCl vào khối phản ứng hoặc

cho NaCl vào khối phản ứng đã được pha loãng bằng nước, sẽ xảy ra phản

ứng tạo muối của sunfo axit:

ArSO3H + NaCl = ArSO3Na + HCl

Sunfo axit được tách ra dưới dạng muối natri. NaCl vừa rẻ, vừa sẵn có

trong thiên nhiên, song phương pháp này cũng không được ứng dụng rộng rãi

do tính chất ăn mòn của khối phản ứng (HCl tạo thành trong phản ứng trên sẽ

Nguyễn Minh Phong 32

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

tan trong nước, tạo axit HCl - axit ăn mòn kim loại rất mạnh. Ngoài ra trong

khối phản ứng còn có H2SO4 dư).

- Tách bằng sunfit natri: sunfo axit sẽ tác dụng với sunfit natri tạo muối

natri như sau:

ArSO3H + Na2SO3  ArSO3Na + SO2 +H2O

Đây là phương pháp phổ biến nhất, được áp dụng rộng rãi nhất, do có

nhiều điểm ưu việt hơn các phương pháp khác, vì tận dụng được sunfit natri

tạo thành trong nhóm phản ứng nóng chảy kiềm để trung hoà sunfoaxit :

ArSO3Na + 2NaOH  ArONa + Na2SO3 +H2O

Và ngược lại, phế liệu của quá trình trên (SO2 và H2O) có thể tận dụng

axit hoá phenolat.

2ArONa + SO2 + H2O  2ArOH + Na2SO3

Sunfit natri tạo thành trong quá trình này cùng với sunfit natri trong quá

trình nóng chảy kiềm lại được đưa sang để trung hoà sunfo axit.

Phương pháp này không có gì khó khăn về kỹ thuật tiến hành phản ứng

lại có thể tiết kiệm được nguyên liệu.

- Tách bằng soda: khi cho soda vào khối phản ứng sunfo hoá, xảy ra các

phản ứng sau.

ArSO3H + Na2 CO3  ArSO3Na + CO2 + H2O

H2SO4 + Na2 CO3  Na2SO4 + CO2 + H2O

Sau khi trung hoà xong, người ta cô đặc dung dịch phản ứng trên, sunfat

natri sẽ kết tủa trước, cho nên có thể lọc tách dung dịch muối natri của

sunfoaxit. Phương pháp này ít được dùng do phản ứng tạo thành nhiều bọt.

Các sản phẩm từ thiết bị sunfo hoá được đưa sang thiết bị trung hoà. Tại

đây C6H5SO3H, C6H4(SO3H)2 và H2SO4 dư được trung hoà bằng Na2SO3 và

C6H6 được tách ra khỏi khối phản ứng. Phản ứng xảy ra trong quá trình này

là:

2C6H5SO3H + Na2SO3  2C6H5SO3Na + H2O + SO2

Nguyễn Minh Phong 33

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

II.2.3. Quá trình nóng chảy kiềm.

II.2.3.1.Khái niệm chung:

Một trong những chuyển hoá quan trọng nhất của các sunfo axit dãy

thơm là phản ứng thay thế nhóm sunfo bằng nhóm hydroxyl, khi cho muối

của sunfo axit tác dụng với hydroxit kim loại kiềm ở dạng nóng chảy.

ArSO3Na + 2Na OH  ArONa + Na2SO3 + H2O

II.2.3.2. Đặc điểm của phản ứng nóng chảy kiềm.

Đặc điểm thứ nhất : Thông thường trong các phản ứng nóng chảy kiềm,

ta thấy vị trí của nhóm -OH trong sản phẩm chính là vị trí của nhóm SO3Na

trong hợp chất ban đầu. Những hiện tượng đó không phải bao giờ cũng xảy

ra, nhóm -OH không phải bao giờ cũng chiếm vị trí của nhóm SO3H. Như

chúng ta đã biết, phản ứng nóng chảy kiềm các sunfoaxit, hoặc nói chung quá

trình đưa nhóm -OH vào nhân thơm bằng tác dụng của kiềm, là phản ứng thế nucleophyl, ion OH- sẽ vào vị trí của mật độ điện tử nhỏ nhất. Mật độ điện tử

tại nguyên tử cacbon liên kết với nhóm SO3H có bị giảm đi do ảnh hưởng

cảm ứng của nguyên tử S mang điện tích dương trong nhóm SO3H. Cho nên

trong nhiều trường hợp nhóm -OH sẽ vào vị trí của nhóm SO3H.

Song mật độ điện tử tại những nguyên tử cacbon không liên kết với

nhóm SO3H cũng có thể giảm xuống do ảnh hưởng của các nhóm thế khác

nhau. Cho nên nhóm OH cũng có thể tấn công vào nguyên tử cacbon này.

Đặc điểm thứ hai của phản ứng nóng chảy kiềm: trong các polysunfo

axit có giới hạn số nhóm SO3H được thay thế bằng nhóm OH. Khi các

polysunfo axit phản ứng với kiềm nóng chảy thường tạo thành các polyoxy

sunfo axit.

Nguyễn Minh Phong 34

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

Nhóm -SO3H còn lại hầu như không có khả năng thay thế bằng nhóm

- OH nữa.

Đặc điểm thứ ba: khi phản ứng với kiềm nóng chảy, sunfo axit có thể

tách thành hợp chất chứa ít nguyên tử cacbon hơn.

II.2.3.3. ảnh hƣởng của bản chất sunfo hoá tới điều kiện phản ứng.

Quá trình nóng chảy kiềm phụ thuộc nhiều vào độ linh động của nhóm

sunfo trong hợp chất. Ở nhiệt độ cao, tốc độ biến đổi nhóm sunfo đạt được là

lớn nhất. Nhóm -SO3H trong benzen sunfo axit kém hoạt động, phản ứng đòi hỏi nhiệt độ cao trên 3000C. Trên thực tế thì nhiệt độ xấp xỉ 3300C là thích

hợp nhất.

Nếu ở nhiệt độ thấp hơn hỗn hợp phản ứng kém linh động, tốc độ phản

ứng chậm, sản phẩm thu được không đồng đều. Nếu ở nhiệt độ cao quá thì tốc

độ phản ứng nhanh hơn nhưng tạo ra nhiều sản phẩm phụ.

II.2.3.4. Cơ chế quá trình nóng chảy kiềm.

Quá trình nóng chảy là một quá trình hoá học phức tạp có kèm theo phản

ứng phụ, do đó làm giảm hiệu suất của phản ứng chính. Thực tế cho thấy,

hiệu suất tạo phenol khi nung chảy benzen sunfo axit với NaOH không cao

hơn 96%.

Nguyên nhân chính làm giảm hiệu suất tạo phenol là xuất hiện các phản

ứng phụ biến đổi muối natri của benzen sunfo axit thành cacbua hydro và các

sunfat.

ArSO3Na + NaOH  ArH + Na2SO4

Trong một số trường hợp phản ứng trên không xảy ra.

Cơ chế của quá trình nóng chảy kiềm có thể được viết như sau

Nguyễn Minh Phong 35

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

Xác nhận cơ chế đó, Makolin thấy rằng khi tác dụng NaOH lên vòng thơm mà NaOH đã được làm giầu bằng đồng vị O18 thì oxi của kiềm sẽ biến

thành H2O khi phản ứng tạo ra phenolat.

Thực nghiệm cho thấy độ bền tương đối của những sunfo axit riêng biệt

trong dãy thơm của quá trình nóng chảy kiềm không bị mất đi. Khi đun nóng

với dung dịch NaOH ở nhiệt độ 315 3750C, meta - sunfo axit và para -

toluen sunfo axit bền nhất. Năng lượng hoạt hoá của chúng là 34,7 và 62,5

Kcal. Năng lượng hoạt hoá của benzen sunfo axit là 29,3 kcal.

II.2.3.5. Các phản ứng phụ.

Khi thực hiện quá trình nóng chảy kiềm với muối benzen sunfo axit natri

tạo ra phenolat natri.

ArSO3Na + 2NaOH  ArONa + Na2SO3 +H2O

Ngoài phản ứng chính trên, quá trình còn có các phản ứng phụ:

C6H4 (SO3Na)2 + 4NaOH C6H4 (ONa)2 + 2Na2SO3 + 2H2O

C6H5 - SO2 - C6H5 + 4NaOH + O2 2C6H5ONa + Na2SO3 +H2O

Đồng thời cũng xảy ra sự oxi hoá, sự khử khi nóng chảy kiềm dưới tác

dụng của hơi nước, oxi không khí ở nhiệt độ cao.

2C6H5ONa + O2  NaO - C6H4 - C6H4 - ONa + H2O

C6H5SO3Na  C6H5SNa + 3/2O2

Ngoài dioxi-diphenyl còn tạo ra oxi diphenol:

C6H5SO3Na - C6H5ONa  C6H5 – O  C6H5 + Na2SO3

II.2.3.6. Kỹ thuật tiến hành phản ứng nóng chảy kiềm.

a. Nguyên liệu:

Hai tác nhân chủ yếu trong phản ứng nóng chảy kiềm là muối của sunfo

axit (sunfonat) và kiềm. Để đạt hiệu suất cao và chất lượng sản phẩm tốt, cần

tinh chế các tác nhân khỏi các tạp chất gây tổn hại cho quá trình phản ứng.

Sunfo axit tham gia phản ứng ở dạng muối-sunfonat. Lượng tạp chất vô

cơ (NaCl, Na2SO4...) trong đó không được quá 10% trọng lượng sunfonat.

Các tạp chất vô cơ không tan trong kiềm, nóng chảy, tạo thành cục, giảm độ

Nguyễn Minh Phong 36

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

linh động của khối phản ứng dẫn đến quá nhiệt cục bộ và có thể xảy ra hiện tượng cháy khối phản ứng khi nhiệt độ thành thiết bị cao (trên 3000C). Độ axit

của muối sunfo cũng có hại đối với phản ứng vì phải tốn kiềm để trung hoà

axit, mặt khác phản ứng trung hoà lại tạo thành các muối vô cơ, ảnh hưởng

-, dễ gây phản

không tốt tới phản ứng.

Trong kiềm NaOH và KOH thường có tạp chất clorat ClO3

ứng oxy hoá. Vì vậy cần tách các tạp chất đó trước khi đưa vào phản ứng.

b. Các điều kiện phản ứng.

Theo phương trình phản ứng phải dùng 2 mol NaOH cho một nhóm

SO3H. Nhưng trong thực tiễn sản xuất cũng như trong phòng thí nghiệm đều

phải cho dư NaOH từ 3 đến 4 mol và có thể cao hơn nữa. Để giảm tiêu hao

kiềm cần chọn sunfo axit có chất lượng cao, chọn thiết bị phản ứng thích hợp

và khống chế các điều kiện phản ứng theo đúng yêu cầu.

Để tăng độ linh động của khối phản ứng và giảm nhiệt độ phản ứng có

thể cho thêm từ 5 - 10% nước. Khi đó nhiệt độ của khối phản ứng sẽ là 270 - 2800C, KOH: 4100C. Nước tạo thành trong phản ứng sẽ làm cho khối phản

ứng linh động hơn.

Sunfonat được đưa vào từng mẻ, ở dạng bột khô hay dung dịch bão hoà

trong nước. Nếu dùng sunfonat ở dạng dung dịch, phản ứng dễ dàng hơn,

không tạo bọt, không bụi.

Sau khi cho tất cả sunfonat vào, vừa khuấy trộn vừa nâng nhiệt độ khối

phản ứng lên tới mức cần thiết, giữ khối phản ứng ở nhiệt độ đó trong một

thời gian. Trong khối phản ứng chứa phenolat, sunphit, và kiềm dư.

II.2.4. Quá trình axit hoá.

Sự phân huỷ phenolat natri tiến hành trong tháp đệm bằng SO2 (nhận

được từ quá trình trung hoà).

2C6H5ONa + SO2 +H2O  2C6H5OH + Na2SO3

Hiệu suất của quá trình là 99%.

Ngoài ra, còn xảy ra một số phản ứng phụ:

Nguyễn Minh Phong 37

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

C6H4(ONa)2 + SO2 + H2O  C6H4(OH)2+ Na2SO3

2C6H5SNa2 + SO2 + H2O  C6H5SH+ Na2SO3.

II.3 Thuyết minh dây chuyền sản xuất.

Trên cơ sở phương pháp sunfo hoá với các giai đoạn chính đã đề cập

trên đây, dây chuyền sản xuất phenol được thiết lập và minh hoạ trong hình

2.1.

Quá trình sản xuất được tiến hành qua các giai đoạn sau:

II.3.1. Giai đoạn sunfo hoá:

Axit sunfuric có nồng độ 96% từ thùng chứa (1) được bơm lên thùng

lường (2) rồi chảy vào thiết bị sunfo hoá (3) và được đun nóng tới nhiệt độ 1000C bằng hơi nước qua vỏ ngoài của thiết bị sunfo hoá.

Benzen từ thùng chứa (4) có độ tinh khiết 99% được bơm lên thùng

lường (5) rồi từ từ chảy vào thiết bị bốc hơi (6) kiểu ống lồng ống. Benzen đi

trong ống, còn hơi nước có áp suất 8at đi ngoài ống. Trong thiết bị bốc hơi, benzen được làm bay hơi và đun quá nhiệt tới nhiệt độ = 150 – 1600C (áp suất

Nguyễn Minh Phong 38

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

riêng phần của benzen lúc này là 0,5-0,8at). Benzen sục vào axit qua bộ phận

sủi bọt đặt trong thiết bị. Hơi benzen dư cùng với hơi nước của phản ứng đi

qua thiết bị ngưng tụ (7).

Benzen đã được ngưng tụ cùng nước được đưa sang thiết bị lắng (8) có nhiệt độ bằng 30-350C để phân tách. Benzen sau khi tách ra khỏi nước được

trung hoà bằng NaOH trong thiết bị trung hoà (9) rồi quay lại sunfo hoá tiếp

tục cùng với benzen nguyên liệu.

Từ thiết bị sunfo hoá (3) khối phản ứng được đẩy vào thùng chứa trung

gian (10) trước khi đưa vào thiết bị trung hoà (11).

Thời gian sunfo hoá là 10 giờ, nhiệt độ của quá trình t0 = 1600C, lượng

axit dùng dư so với lý thuyết là 1,06 mol. Để duy trì nhiệt độ của phản ứng

người ta dùng nước thường để làm lạnh vỏ ngoài của thiết bị. Nước lạnh được

đưa vào từ đáy và ra ở phía trên của vỏ bọc.

II.3.2. Giai đoạn trung hoà.

Khối sunfo từ thùng chứa (10) và huyền phù sunfit natri từ thùng chứa

(12) được đưa vào thiết bị trung hoà (11) có lắp cánh khuấy. Khí sunfurơ tách

ra ở giai đoạn này được đưa sang thiết bị axit hoá (20) để phân huỷ phenolat.

Dung dịch benzen sunfonat được đưa sang thiết bị nóng chảy kiềm (13). Thời

gian trung hoà là 3 giờ.

II.3.3. Giai đoạn nóng chảy kiềm.

Nước từ thùng lường (14) chảy vào thiết bị nóng chảy kiềm (13). Kiềm

rắn được cho trực tiếp vào thiết bị và khuấy đều.

Từ thiết bị trung hoà (11) dung dịch benzen sunfonat cũng được đưa vào

nồi .

Quá trình nóng chảy kiềm được tiến hành trong thiết bị có lắp cánh

khuấy làm việc gián đoạn. Thời gian tiến hành phản ứng là 7 giờ ở nhiệt độ

3200C, áp suất 7  8at, lượng kiềm dư 20% so với lý thuyết.

Nguyễn Minh Phong 39

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

II.3.4. Giai đoạn dập tắt.

Sau khi phản ứng kết thúc khối phản ứng được đưa sang thiết bị dập tắt

(15) có cánh khuấy có chứa nước từ thùng lường (16). Tiếp tục sau đó dung

dịch phenolat natri được đưa sang giai đoạn lọc.

II.3.5. Giai đoạn lọc.

Huyền phù sunfit trong dung dịch phenol từ thiết bị dập tắt (15) được

đưa vào thùng cao vị (17) rồi từ từ chảy vào máy lọc ly tâm (18). Ở đây

Na2SO3 tách ra khỏi dung dịch và được đưa vào thùng chứa (12) để đưa đi

trung hoà, còn dung dịch phenolat natri được đưa vào thùng chứa (19) để đưa

đi axit hoá.

II.3.6. Giai đoạn axit hoá.

Dung dịch phenolat natri từ thùng chứa (19) được bơm lên thiết bị axit

hoá (20). Để phân huỷ phenolat natri sử dụng SO2 và H2O ở giai đoạn trung

hoà, nếu thiếu SO2 người ta bổ sung thêm bằng SO2 được điều chế theo phản

ứng:

Na2SO3 + H2SO4 - > Na2SO4 + SO2 + H2O.

Trong thiết bị axit hoá (20) có chứa đệm, dung dịch phenolat tưới từ trên

xuống còn SO2 sục từ dưới lên. Tiếp theo đó khối phản ứng được đưa qua

thiết bị lắng (21).

II.3.7. Giai đoạn lắng.

Trong thiết bị này khối phản ứng phân thành 2 lớp: lớp dưới là sản phẩm

phụ Na2SO3 được đưa vào thùng chứa (22) . Còn lớp trên là sản phẩm chính

phenol được đưa vào thùng chứa (23).

CHƢƠNG III

TÍNH TOÁN

III.1. Cân bằng vật chất các giai đoạn.

Bảng hiệu suất các giai đoạn:

Nguyễn Minh Phong 40

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

STT Tên các giai đoạn Hiệu suất %

1 Hiệu suất chung 85%

2 Sunfo hoá 96%

3 Trung hoà 98%

4 Chảy kiềm 96%

5 Dập tắt 100%

6 Lọc 98%

7 Axit hoá 99%

8 Lắng 97%

Phenol được tạo thành qua các phản ứng:

(1) C6H6 + H2SO4  C6H5SO3H + H2O

78 98 158 18

(2) 2C6H5SO3H + Na2SO3  2C6H5SO3Na + SO2 + H2O

(3) 2C6H5SO3Na + 2NaOH  C6H5ONa + Na2SO3 + H2O

(4) 2C6H5ONa + SO2 + H2O  2C6H5OH + Na2SO3

Như vậy từ các phương trình phản ứng (1)(2)(3)(4) , cứ 1 mol benzen

thu được 1 mol phenol.

C6H6  C6H5OH

78 94

Tính cân bằng vật chất cho một tấn phenol tinh.

III.1.1. Giai đoạn sunfo hoá.

III.1.1.1. Lƣợng vật chất vào thiết bị.

Vật chất đưa vào thiết bị sunfo hoá gồm có các nguyên liệu của quá trình:

a. Lượng Benzen .

-Benzen tinh khiết :

-Lượng tạp chất :

Nguyễn Minh Phong 41

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

Vậy lượng Benzen kỹ thuật là:

b. Lượng axit sunfuric.

Trong thực tế để sunfo hoá một mol benzen, người ta thường dùng 1,06

mol axit sunfuric.

- Lượng axit sunfuric tinh khiết.

- Lượng nước trong axit sunfuric nguyên liệu là :

Vậy lượng axit sunfuric kĩ thuật 96% là: 1300,12 + 54,17 = 1354,29 kg

III.1.1.2. Lƣợng vật chất ra khỏi thiết bị:

Thành phần vật chất ra khỏi thiết bị sunfo hoá gồm có:

a. Lượng benzen chưa phản ứng :

Vì hiệu suất giai đoạn sunfo hoá là 96% nên lượng benzen chưa phản

ứng là:

b. Lượng axit chưa phản ứng:

- Lượng axit đã phản ứng:

- Lượng axit chưa phản ứng:

1300,12 – 1177,47 = 122,65 kg

c. Lượng sunfo axit tạo thành:

Nguyễn Minh Phong 42

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

d. Lượng nước trong khối phản ứng:

Tổng lượng nước trong khối phản ứng bao gồm nước tạo thành do phản

ứng và nước có trong axit sunfuric nguyên liệu :

Theo số liệu đã cho, 80% tổng lượng nước của khối phản ứng sẽ bay

hơi cùng với benzen. Lượng nước bay hơi là :

Vậy lượng nước còn lại trong khối phản ứng là:

270,44 – 216,35 = 54,09 kg

e. Lượng tạp chất trong benzen nguyên liệu: 9,86 kg

Bảng cân bằng vật chất giai đoạn sunfo hoá:

Bảng 1a : Lượng vào:

Nồng độ Tên vật chất Trọng lƣợng kỹ Trọng lƣợng TT vào thuật (kg) tinh (kg) %

986,08 99 976,22 1 Benzen

1354,29 96 1300,12 2 H2SO4

2340,37 2276,34 Tổng cộng

Bảng 1b : Lượng ra:

Tên vật chất Trọng lƣợng Thành phần Thể tích TT ra (kg) % (l)

122,65 5,88 V = 1667,98 Khối H2SO4

sunfo 1898,37 91,05 d=1,25 C6H5SO3H

Nguyễn Minh Phong 43

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

2,60 54,09 H2O

0,47 Tạp chất 9,86

100,00 Tổng cộng 2084,97

15,29 chưa 39,05 C6H6 Phần phản ứng bay hơi 84,71 216,35 H2O

100,00 255,40 Cộng

Tổng cộng 2340,37

III.1.2. Giai đoạn trung hoà.

Các phản ứng xảy ra trong quá trình trung hoà :

(5) 2C6H5SO3H + Na2SO3  2C6H5SO3Na + SO2 + H2O

2 x 158 126 2 x 180 64 18

(6) H2SO4 + Na2SO3  Na2SO4 + SO2 + H2O

98 126 142 64 18

III.1.2.1 .Lƣợng vật chất vào thiết bị.

a. Khối sunfo gồm có:

: 1898,37 kg -C6H5SO3H

: 54,09 kg -H2O

:122,65 kg -H2SO4

-Tạp chất : 9,86 kg

Tổng cộng : 2084,97 kg

b. Sunfitnatri kỹ thuật 86%:

-Na2SO3 sử dụng để trung hoà C6H5SO3H:

-Na2SO3 sử dụng để trung hoà H2SO4 :

Nguyễn Minh Phong 44

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

Tổng lượng Na2SO3 tinh = 914,64 kg

- Nước trong sunfit natri kỹ thuật:

Tổng lượng sunfit natri kỹ thuật là:

914,64 + 148,89 = 1063,53 kg

III.1.2.2. Lƣợng vật chất ra khỏi thiết bị.

a. Lượng sunfo axit chưa phản ứng:

b.Lượng sunfit natri chưa phản ứng:

Phản ứng trung hoà H2SO4 xem như xảy ra hoàn toàn.

c. Lượng sunfonat tạo thành từ phản ứng (5):

d. Lượng khí SO2 tạo thành:

e. Lượng nước trong khối phản ứng:

Nước tạo ra từ các phản ứng (5) và (6):

-Nước có trong khối sunfo : 54,09 kg

-Nước trong sunfit natri kỹ thuật: 148,89 kg

- Vậy tổng lượng nước trong phản ứng:

54,09 + 148,89 + 128,50 = 331,48 kg

g. Lượng sunfat natri tạo thành:

Nguyễn Minh Phong 45

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

Bảng cân bằng vật chất giai đoạn trung hoà:

Bảng 2a : Lượng vào

TT Tên chất vào Trọng lƣợng (kg) Thành phần (%)

1898,37 91,05 C6H5SO3H

54,09 2,60 Khối H2O

sunfo 122,65 5,88 H2SO4

Tạp chất 9,86 0,47

Cộng 2084,97 100,00

914,64 86,00 sunfit Na2SO3

natri 148,89 14,00 H2O

Cộng 1063,53 100,00

Tổng cộng 3148,50

Bảng 2 b : Lượng ra

TT Tên chất ra Trọng lƣợng (kg) Thành phần (%)

37,97 1,41 C6H5SO3H chưa phản ứng

15,14 0,56 Na2SO3

2119,45 78,74 Khối C6H5SO3Na

sunfonat 331,48 12,3 H2O

177,71 6,60 Na2SO4

Tạp chất trong benzen 9,86 0,37

Cộng 2691,61 100,00

456,89 Khí bay ra SO2

Tổng cộng 3148,50

III.1.3 Cân bằng vật chất giai đoạn nóng chảy kiềm.

-Phản ứng xảy ra trong quá trình nóng chảy:

C6H5SO3Na + 2NaOH  C6H5ONa + Na2SO3 + H2O (7)

Nguyễn Minh Phong 46

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

180 2 x 40 116 126 18

III.1.3.1. Lƣợng vật chất vào thiết bị.

a. Khối sunfonat bao gồm:

: 37,97kg -C6H5SO3H

: 15,14kg -Na2SO3

: 2119,45kg -C6H5SO3Na

: 331,48 kg -H2O

: 177,71 kg -Na2SO4

-Tạp chất : 9,86 kg

b. Lượng kiềm kỹ thuật .

Thành phần 85% NaOH; 14% H2O; 1% tạp chất được cho dư 20% so

với lý thuyết bao gồm:

-Lượng NaOH:

-Lượng nước trong xút kỹ thuật:

-Lượng tạp chất có trong xút kỹ thuật:

Tổng lượng kiềm kỹ thuật: 1329,85 kg

III.1.3.2. Lƣợng vật chất ra khỏi thiết bị.

a. Lượng sunfonat natri không phản ứng:

b. Lượng kiềm chưa phản ứng:

Nguyễn Minh Phong 47

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

c. Lượng phenolat natri tạo thành:

d. Lượng sunfit natri:

- Tạo thành do phản ứng (7):

- Có trong khối sunfonat: 15,14 kg

Vậy tổng lượng sunfit nattri là : 1439,41kg

e. Tổng lượng nước:

- Tạo thành do phản ứng (7):

- Có trong khối sunfonat : 331,48 kg

- Có trong xút kỹ thuật : 186,18 kg

 Vậy tổng lượng nước là : 721,13 kg

g. Tổng lượng tạp chất:

Gồm tạp chất của C6H6 , tạp chất của kiềm và C6H5SO3H chưa phản

ứng trong sunfonat :

9,86 + 13,30 + 37,97 = 61,13 kg

h. Sunfat natri có trong khối sunfonat: Na2SO4 =177,71 kg

Nguyễn Minh Phong 48

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

Bảng cân bằng vật chất giai đoạn nóng chảy kiềm:

Bảng 3a : Lượng vào

TT Tên chất vào Trọng lƣợng (kg) Thành phần (%)

37,97 1,41 C6H5SO3H

15,14 0,56 Na2SO3

2119,45 78,74 Khối C6H5SO3Na

sunfo 331,48 12,32 H2O

177,71 6,60 Na2SO4

9,86 0,37 Tạp chất

2691,61 100,00 Cộng

1130,37 85,00 NaOH

186,18 14,00 Kiềm H2O

13,30 1,00 Tạp chất

1329,85 Cộng

4021,46 Tổng cộng

Bảng 3b: Lượng ra

TT Tên chất ra Trọng lƣợng (kg) Thành phần (%)

84,78 2,11 C6H5SO3Na chưa phản ứng

1311,23 32,61 C6H5ONa tạo thành

226,07 5,62 NaOH dư

1 1439,41 35,79 Na2SO3

177,71 4,42 Na2SO4

721,13 17,93 H2O

61,13 1,52 Tạp chất

Tổng cộng 4021,46 100,00

49 Nguyễn Minh Phong

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

III.1.4. Giai đoạn dập tắt.

III.1.4.1. Lƣợng vật chất vào thiết bị:

a. Khối phản ứng từ giai đoạn nóng chảy kiềm gồm có:

: 84,78kg C6H5SO3Na chưa phản ứng

: 1311,23kg C6H5ONa tạo thành

NaOH dư : 226,07kg

: 1439,41kg

Na2SO3

: 117,71kg

Na2SO4

: 721,13kg H2O

Tạp chất : 61,13kg

Vậy lượng khối phản ứng giai đoạn nóng chảy kiềm là: 4021,46 kg.

b. Lượng nước cần để dập tắt (bằng khối lượng toàn bộ khối phản ứng

trên): 4021,46 kg.

III.1.4.2.Lƣợng vật chất ra khỏi thiết bị:

- Lượng nước : 4021,46 +721,13 = 4742,59 kg

- Và khối lượng vật chất của các thành phần khác từ giai đoạn chảy

kiềm đã kể trên.

Bảng cân bằng vật chất giai đoạn dập tắt:

Bảng 4a : Lượng vào

TT Tên chất vào Trọng lƣợng (kg) Thành phần (%)

84,78 2,11

1311,23 32,61

C6H5SO3Na tạo thành C6H5ONa chưa phản ứng

NaOH dư 226,07 5,62

1439,41 35,79

Khối phản ứng 177,71 4,42

721,13 17,93

Na2SO3 Na2SO4 H2O Tạp chất 61,13 1,52

Cộng 4021,46 100,00

Nƣớc 4021,46 100,00

Nguyễn Minh Phong 50

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

Tổng cộng 8042,92

Bảng 4b: Lượng ra :

TT Tên chất ra Trọng lƣợng (kg) Thành phần (%)

84,78 1,05 C6H5SO3Na

1311,23 16,30 C6H5ONa

226,07 2,81 NaOH Khối

1439,41 17,90 phản Na2SO3

ứng 177,71 2,21 Na2SO4

4742,59 58,97 H2O

61,13 0,76 Tạp chất

8042,92 100,00 Tổng cộng

III.1.5. Giai đoạn lọc.

III.1.5.1. Lƣợng vật chất vào thiết bị:

Là toàn bộ lượng vật chất ra khỏi thiết bị dập tắt.

III.1.5.2. Lƣợng vật chất ra khỏi thiết bị.

a. Dung dịch lọc:

Theo số liệu đã cho dung dịch lọc có thành phần như sau:

: 25% C6H5ONa

NaOH : 3,0%

: 3,0% Na2SO3

: 0,5% Na2SO4

: 68,5% H2O

Như vậy khối lượng các chất trong dung dịch lọc sẽ là:

- Lượng phenolat natri:

- Tổng lượng dung dịch là :

Nguyễn Minh Phong 51

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

-Lượng sunfit natri :

-Lượng sunfat natri :

-Lượng kiềm :

-Lượng nước :

b. Bã lọc gồm có:

-Lượng sunfit natri : 1439,41 – 154,20 = 1285,21 kg

-Lượng sunfat natri : 177,71 – 25,70 = 152,01 kg

-Lượng kiềm : 226,07 – 154,20 = 71,87kg

-Lượng sunfonat natri : 84,78 kg

-Lượng nước : 4742,59 – 3520,92 = 1221,67 kg

-Tạp chất : 61,13 kg

-Lượng phenolat natrri: 1311,23 – 1285,01 = 26,22 kg

*Bảng cân bằng vật chất giai đoạn lọc:

Bảng 5a: Lượng vào:

TT Tên chất vào Trọng lƣợng (kg) Thành phần (%)

84,78 1,05 C6H5SO3Na

1311,23 16,30 C6H5ONa

1 NaOH 226,07 2,81

1439,41 17,90 Na2SO3

117,71 2,21 Na2SO4

Nguyễn Minh Phong 52

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

4742,59 58,97 H2O

Tạp chất 61,13 0,76

Tổng cộng 8042,92 100,00

Bảng 5b : Lượng ra:

TT Tên chất ra Trọng lƣợng (kg) Thành phần (%)

dung 1285,01 25,00 C6H5ONa

dịch NaOH 154,20 3,00

lọc 154,20 3,00 Na2SO3

25,70 0,50 Na2SO4

3520,92 68,50 H2O

Cộng 5140,03 100,00

bã 84,78 2,92 C6H5SO3Na

lọc 26,22 2,90 C6H5ONa

NaOH 71,87 2,48

1285,21 44,27 Na2SO3

152,01 5,24 Na2SO4

1221,67 42,09 H2O

Tạp chất 61,13 2,11

Cộng 2902,89 100,00

Tổng cộng 8042,92

III.1.6. Giai đoạn axit hoá.

Trong quá trình axit hoá, xảy ra các phản ứng:

2C6H5ONa + SO2 + H2O  2C6H5OH + Na2SO3 (8)

2 x 116 64 18 2 x 94 126

2NaOH + SO2  Na2SO3 + H2O (9)

2 x 40 64 126 18

Nguyễn Minh Phong 53

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

III.1.6.1.Lƣợng vật chất vào thiết bị:

a.Toàn bộ lượng dung dịch lọc: 5140,03kg có thành phần như trong bảng 5b

b.Tổng lượng SO2 :

III.1.6.2. Lƣợng vật chất ra khỏi thiết bị .

a.Lượng phenol tạo thành:

b.Tổng phenolat dư :

c.Tổng lượng sunfit natri:

Coi phản ứng trung hoà kiềm xảy ra hoàn toàn.

d. Lượng nước:

e.Lượng SO2 dư:

g.Lượng sunfat natri: 25,7kg

*Bảng cân bằng lƣợng vật chất giai đoạn axit hoá:

Bảng 6a: Lượng vào

TT Tên chất vào Trọng lƣợng (kg) Thành phần (%)

Khối 1285,01 25,00 C6H5ONa

dung NaOH 154,20 3,00 dịch 154,20 3,00 Na2SO3

Nguyễn Minh Phong 54

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

lọc 25,7 0,50 Na2SO4

3520,92 68,50 H2O

Cộng 5140,03 100,00

477,85 Khí SO2

Tổng cộng 5617,88

Bảng 6b : Lượng ra :

TT Tên chất ra Trọng lƣợng (kg) Thành phần (%)

1 1030,89 18,36 C6H5OH tạo thành

2 12,85 0,23 C6H5ONa dư

3 1087,98 19,38 Na2SO3

4 25,7 0,46 Na2SO4

5 3456,91 61,57 H2O

Cộng 5614,33 100,00

6 3,55 100,00 SO2dư

Tổng cộng 5617,88

III.1.7. Giai đoạn lắng:

III.1.7.1. Lƣợng vật chất vào thiết bị:

Toàn bộ phối phản ứng từ giai đoạn axit hoá: 5614,33 kg được chuyển

sang thiết bị lắng (khí SO2 coi như thoát ra ngoài).

III.1.7.2. Lƣợng vật chất ra khỏi thiết bị:

Sau khi lắng khối phản ứng phân thành 2 lớp:

a. Dung dịch lắng: (phenol)

Có thành phần 85% phenol và 15% nước nặng:

Nguyễn Minh Phong 55

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

-Lượng phenol:

-Lượng nước:

Vậy lượng dung dịch lắng phenol là: 999,96 + 176,46 = 1176,42 kg

b. Bã lắng gồm có:

-Phenol: 1030,89 – 999,96 = 30,93 kg

-Phenolat natri: 12,85 kg

-Natri sunfit: 1087,98 kg

-Natri sunfat: 25,7 kg

-Nước: 3456,91 – 176,46 = 3280,45 kg

*Bảng cân bằng vật chất giai đoạn lắng:

Bảng 7a: Lượng vào

TT Tên chất vào Trọng lƣợng (kg) Thành phần (%)

1 1030,89 18,36 C6H5OH

2 12,85 0,23 C6H5ONa

3 1087,98 19,38 Na2SO3

4 25,7 0,46 Na2SO4

5 3456,91 61,57 H2O

Tổng cộng 5614,33 100,00

Bảng 7b : Lượng ra

TT Tên chất ra Trọng lƣợng (kg) Thành phần (%)

Dung 999,96 84 C6H5OH

dịch 176,46 15 H2O

Cộng 1176,42 100,00

Nguyễn Minh Phong 56

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

Bã 30,93 0,70 C6H5OH

lắng 12,85 0,29 C6H5ONa

1087,98 24,51 Na2SO3

25,7 0,58 Na2SO4

3280,45 73,92 H2O

Cộng 4437,91 100,00

Tổng cộng 5614,33

*Bảng tiêu hao nguyên liệu cho 1000kg sản phẩm:

TT Tên chất

Trọng lƣợng (kg) Thành phần (%)

1 Benzen kỹ thuật 986,08 99% C6H5 + 1% tạp chất

2 Axit H2SO4 kỹ thuật 1354,29 96%H2SO4 + 4%H2O

3 Na2SO3 kỹ thuật 1063,53 86%Na2SO4 +14%H2O

4 Kiềm kỹ thuật 1329,85 85% NaOH + 14%H2O

+1% tạp chất

Vậy tiêu hao nguyên liệu cho 5000 tấn sản phẩm là :

TT Tên chất vào

Trọng lƣợng (tấn) Thành phần (%)

1 Benzen kỹ thuật 4930,40 99% C6H5 + 1% tạp chất

2 Axit H2SO4 kỹ thuật 6771,45 96%H2SO4 + 4%H2O

3 Na2SO3 kỹ thuật 5317,65 86%Na2SO4 +14%H2O

4 Kiềm kỹ thuật 6649,25 85% NaOH + 14%H2O

+1% tạp chất

III.2. Tính toán thiết bị sunfo hoá.

Thời gian làm việc của thiết bị trong 1 năm là: 320 ngày (đã trừ ngày

nghỉ , thời gian bảo dưỡng và sửa chữa định kỳ).

Năng suất của phân xưởng sản xuất phenol là: 5000 tấn /năm.

 Năng suất 1 ngày đêm của một phân xưởng là:

Nguyễn Minh Phong 57

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

(tấn / ngày)

Từ bảng cân bằng vật chất giai đoạn sunfo hoá ta có thể tích khối sunfo

hoá cho một tấn sản phẩm là: 1667,98 (lít).

Thể tích khối phản ứng để đạt năng suất 15,63 tấn /ngày là:

1667,98 x 15,63 = 26070,53 (lít)

Tiến hành sunfo hoá trong điều kiện thiết bị làm việc gián đoạn với thời

gian sunfo hoá một mẻ là 10 giờ. Vậy số mẻ có thể thực hiện trong một ngày

đêm của một thiết bị là:

24/10 = 2,4 (mẻ).

Thể tích khối phản ứng trong một mẻ là :

Chọn thiết bị có thể tích là 3500 lít với hệ số đầy là 0,75; thể tích làm

việc của thiết bị là :

3500 x 0,75 = 2625 (lít)

Số mẻ cần tiến hành trong một ngày đêm của toàn phân xưởng là:

(mẻ)

Số thiết bị cần có là:

(thiết bị)

Số thiết bị cần đặt: 5 thiết bị.

Vậy hệ số dự trữ năng suất là:

III.2.1. Kích thước của thiết bị sunfo hoá được chọn như sau:

Kích thước chung chọn theo 8-53.

- Thể tích : V = 3500 (l)

Nguyễn Minh Phong 58

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

- Chiều cao : H = 2270 (mm)

- Đường kính trong : Dt = 1400 (mm)

- Chiều dày : S = 10 (mm)

- Trọng lượng : G = 1597,21 (kg)

Kích thước các phần của thiết bị sunfo hoá:

* Phần thân:

- Đường kính trong : Dt = 1400 (mm)

- Đường kính ngoài : Dn =1420 (mm)

- Chiều cao: H = 1425 (mm)

- Trọng lượng : G = 980 ( kg)

* Phần đáy:

- Đường kính ngoài: Dn = 1420 (mm)

- Chiều dày: S = 10 (mm)

- Chiều cao : H = 486 (mm)

- Trọng lượng: G = 412,4 (kg)

* Phần nắp:

- Đường kính ngoài : Dn = 1420 (mm)

- Chiều dày: S = 10 (mm)

- Chiều cao: H = 200 (mm)

- Trọng lượng : G = 204,76 (kg)

III.2.2. Tính chiều dày thân thiết bị:

Bề dày thân thiết bị hình trụ, làm việc dưới áp suất bên trong, được tính

theo công thức :

9-33

D: đường kính trong của thiết bị = 1400 (mm) P: áp suất làm việc của thiết bị: 3 (kg/cm2)

9-31 Rz: ứng suất kéo cho phép với thép Rz = 8 (kg/cm2)

: hệ số bền của đường hàn: 0,9 9-33

Nguyễn Minh Phong 59

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

C: hệ số dự phòng ăn mòn 2 – 6 (mm). Chọn C = 5 (mm) 9-33

(mm)

Qui chuẩn chọn S = 10 (mm)

III.2.3. Tính chiều dày đáy và nắp thiết bị:

Chiều dày đáy hoặc nắp thiết bị làm việc dưới áp suất bên trong, có

hình bầu dục xác định theo công thức :

(mm) 9-33

P: áp suất làm việc của thiết bị: 3 (kg/cm2).

Dn: đường kính ngoài của thiết bị: 1400 + 2 x 10 = 1420 (mm)

Rn: ứng suất uốn cho phép. Ru = 1,4 x Rz = 1,4 x 8 = 11,2 (kg/cm2) 9-33

y: thừa số của dạng hình đáy phụ thuộc tỉ lệ chiều cao đáy và đường

kính ngoài của thiết bị.

H/D > 1/3 nên y= 0,7 [9-34]

: hệ số hình dạng đáy với đáy nguyên:

Vậy (mm)

Qui chuẩn chọn S1 = 10 (mm)

Thiết bị sunfo hoá đã chọn có kích thước bảo đảm an toàn cho sản xuất

và năng suất phân xưởng, hình 3.1 sau:

Nguyễn Minh Phong 60

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

III.3. Cân bằng nhiệt lƣợng quá trình sunfo hoá 9.

Thời gian làm việc của thiết bị trong một năm là 320 ngày (đã trừ ngày

nghỉ tết, thời gian bảo dưỡng, sửa chữa định kỳ).

Năng suất 1 ngày đêm của phân xưởng là:

(tấn / ngày)

Thời gian sunfo hoá của 1 mẻ là 10h. Đặt 5 thiết bị phản ứng, số mẻ

sunfo hoá trong 1 ngày của phân xưởng là:

(mẻ)

Năng suất của thiết bị trong một mẻ là:

Nguyễn Minh Phong 61

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

(tấn)

Quá trình sunfo hoá được tiến hành qua 2 giai đoạn: 1. Đun nóng axit từ nhiệt độ đầu t1 = 250C đến t2 = 1000C 2. Sục hơi benzen ở t0 =1550C qua dung dịch axit sunfuric vào chung

với khối phản ứng ở 1600C trong suốt quá trình.

III.3.1. Cân bằng nhiệt lượng giai đoạn đun nóng axit:

Phương trình cân bằng: Q1 = Q2 + Q3 +Q4

Trong đó:

Q1: lượng nhiệt cần cung cấp, Kcal. Q2: lượng nhiệt lượng cần thiết để đun nóng axit 250C đến 1000C, Kcal.

Q3: lượng nhiệt cần để đun nóng thiết bị, Kcal.

Q4: lượng nhiệt mất mát ra môi trường, Kcal.

III.3.1.1. Nhiệt đun nóng axit Q2:

Q2 = G2 x C2 x (tc-tđ)

Trong đó:

G2: lượng dung dịch axit sunfuric kỹ thuật 96% .

C2: nhiệt dung riêng của axit sunfuric 96%. tđ: nhiệt độ đầu của axit 250C. tc: Nhiệt độ của thiết bị lúc cuối 1000C.

Từ bảng tiêu hao nguyên liệu cho 1000 kg sản phẩm ta có lượng H2SO4

kỹ thuật là 1354,29 kg. Vậy lượng dung dịch axit H2SO4 96% cho một mẻ là:

G2= 1354,29 x 1,3 = 1760,58 kg

C2: nhiệt dung riêng của axit sunfuric 96% được tính từ các nhiệt dung

riêng của các thành phần:

-Nhiệt dung riêng của H2SO4 (200C): CH2SO4 = 0,345 Kcal/Kg độ

[9-142]

-Nhiệt dung riêng của H2O (150C) : CH2O = 1 Kca1/kg độ 9-141

CH2SO4 96%= aH2SO4 x CH2SO4 + aH2O x CH2O

Nguyễn Minh Phong 62

=0,96 x 0,345 + 0,04 x 1

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

C2 = CH2SO4 96%= 0,376 Kcal/Kg độ

Vậy : Q2 = 1760,58 x 0,376 x (100-25) = 49648,36 Kcal

III.3.1.2. Nhiệt đun nóng thiết bị Q3.

Q3 = G3 x C3 (tc – tđ)

G3: Trọng lượng thiết bị sunfo hoá 1597,21 kg

9-140

C3: Nhiệt dung riêng của thép 0,12 Kcal/ Kg độ tđ: Nhiệt độ của thiết bị lúc ban đầu 250C.

Q3 = 1597,21 x 0,12 x (100 – 25) = 14374,89 Kcal

III.3.1.3. Nhiệt mất mát Q4 đƣợc coi bằng 5% lƣợng nhiệt cần cung cấp:

Q4 = 0,05Q1

III.3.1..4. Lƣợng nhiệt cần cung cấp :

Q1 = 49648,36 + 14374,89 + 0,05Q1

Vậy Q1 = 67392,89 Kcal

III.3.1.5. Lƣợng hơi đốt cần thiết : D

r: ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi nước có áp suất P = 8at

r = 526Kcal/Kg 8-146

III.3.2. Cân bằng nhiệt lượng giai đoạn sunfo hoá:

Phương trình cân bằng nhiệt lượng

Q1 + Q2 + Q3 = Q4 + Q5 +Q6

Trong đó:

Q1: Nhiệt trao đổi với tác nhân, Kcal.

Q2: Nhiệt do nguyên liệu mang vào, Kcal.

Q3: Nhiệt tách ra từ quá trình sunfo hoá, Kcal.

Q4: Nhiệt do sản phẩm mang ra, Kcal

Nguyễn Minh Phong 63

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

Q5: Nhiệt đun nóng thiết bị, Kcal

Q6: Nhiệt mất mát ra môi trường, Kcal.

III.3.2.1. Nhiệt độ nguyên liệu mang vào: Q2

Q2 = Qa + Qb

*Qa : nhiệt do axit mang vào, Kcal.

Qa = Ga x Ca x ta

Ga: Lượng axit kỹ thuật 96% mang vào dùng cho một mẻ: 1760,58 kg. Ca : Nhiệt dung riêng của axit sunfuric ở 1000C: 0,37 Kcal/kgđộ [9-

145]

ta: Nhiệt độ cuối của axít : ta=100oC.

 Qa=1760,58 x 0,37 x 100 = 65141,46 kcal

* Qb: nhiệt do benzen mang vào, Kcal.

Qb = Gb x Cb x tb

Gb: Lượng benzen vào cho một mẻ, kg

Từ bảng nguyên liệu cho 1 tấn sản phẩm ta có khối lượng benzen kỹ

thuật là: 986,08 kg

Gb=986,08 x 1,3 =1281,90 kg

Cb: Nhiệt dung riêng của benzen: 0,37 Kcal/kgđộ [9-145]

(Coi tạp chất trong benzen có cùng nhiệt dung riêng như benzen) tb: Nhiệt độ của hơi benzen vào: 1550C

Qb = 1281,9 x 0,37 x 155 = 73516,97 Kcal

Vậy Q2 = 65141,46 + 73516,97 = 138658,43 Kcal

III.3.2.2. Nhiệt của quá trình sunfo hoá: Q3

Q3 = Qp + Qn

Trong đó: Qp nhiệt phản ứng , Kcal.

Qn: Nhiệt thay đổi nồng độ tác nhân, Kcal.

a. Nhiệt phản ứng.

QP = Gb

Nguyễn Minh Phong 64

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

Với Gb: Lượng benzen đã chuyển hoá:

Từ bảng cân bằng vật chất giai đoạn sunfo hoá ta có trọng lượng tịnh

benzen là: 976,22 kg. Lượng bezen đã chuyển hoá là:

Gb = 976,22 x 0,96 x 1,3 = 1218,32 kg

* Mb: Khối lượng mol của benzen = 78

* qp: Nhiệt phản ứng của 1 mol được tính theo:

qp = (qC6H5SO3H + qH2O )– (qH2SO4 + qC6H6)

Trong đó:

8-65 * qH2O: Nhiệt sinh của nước : 68,40Kcal/gmol

8-65 * qH2SO4: Nhiệt sinh của H2SO4: 193,80 Kcal/gmol

* qC6H5SO3H: Nhiệt sinh của benzen sunfo axit được tính theo công thức

8-65

Trong đó:

n: Số nguyên tử cùng tên.

qa: Nhiệt cháy 1g mol nguyên tố.

- Nhiệt cháy 1g mol cacbon : qC = 94,38 Kcal

- Nhiệt cháy 1g mol hidro: qH = 34,19 Kcal

- Nhiệt cháy 1g mol lưu huỳnh: qS = 69,30Kcal

8-64 - Nhiệt cháy 1g mol oxi: q0 = 0

qch: Nhiệt cháy của benzen sunfo axit được tính theo công thức chung

qch = 26,05n + 

n: Là số điện tử chuyển dịch.

Trong đó C6H5SO3H có: 5 Nguyên tử C chuyển dịch 4 điện tử

1 Nguyên tử C chuyển dịch 3 điện tử

5 Nguyên tử H chuyển dịch 1 điện tử

n = 5 x 4 + 1 x 3 + 5 x 1 = 28

Nguyễn Minh Phong 65

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

: Hệ số hiệu chỉnh tương ứng với nhóm đã cho (SO3H).

SO3H = - 23,4 Kcal/gmol [8-71]

Số nhóm thế giống nhau: 1

qch = 26,05 x 28 + (-23,4) = 706 Kcal/gmol

 qC6H5SO3H = 840,72 – 706 = 134,72 Kcal/gmol

* qC6H6: Nhiệt sinh của benzen được tính tương tự.

Benzen có: 6 cacbon chuyển dịch 4 điện tử.

6 hydro chuyển dịch 1 điện tử và không có nhóm thế

Vậy n = 6 x 4 + 6 x 1 = 30

qch = 26,05 x 30 = 781,5 Kcal/gmol

qC6H6 = 771,42 – 781,5 = - 10,08 Kcal/gmol

Vậy qp = (134,72 + 68,4) – (193,8 + (-10,08)) = 19,40 Kcal/gmol

b. Nhiệt thay đổi nồng độ của tác nhân Qn:

Qn = G(1-S)qn Kcal

Trong đó:

* G: Lượng H2SO4 đã phản ứng.

Lượng axit sunfuric đã phản ứng ở giai đoạn sunfo hoá là:

G = 1177,47 x 1,3 = 1530,71 kg

* S: Nồng độ ban đầu của tác nhân sunfo hoá tính theo % SO3.

Từ bảng cân bằng vật chất giai đoạn sunfo hoá ta có:

- Trọng lượng tinh H2SO4 là: 1300,12 kg

Suy ra lượng SO3 có trong axit đầu là:

Trọng lượng H2SO4 kỹ thuật là: 1354,29 kg.

Nguyễn Minh Phong 66

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

Vậy nồng độ tác nhân sunfo hoá là:

* qn: nhiệt thay đổi nồng độ tác nhân.

qn = qs - q

Trong đó:

qs: Nhiệt hoà SO3 vào nước tạo axit sunfuric có nồng độ ban đầu S

(Kcal/kg) .

q: Nhiệt hoà SO3 vào nước tạo axit sunfuric có nồng độ cuối  (axit đã

làm việc)( Kcal/kg ).

Từ bảng cân bằng vật chất giai đoạn sunfo hoá ta có lượng H2SO4 chưa

phản ứng: 122,65 kg.

Vậy lượng SO3 trong axit sau phản ứng:

Vậy nồng độ cuối của axit đã làm việc là:

 =

Theo [8-168]:

qs (%SO3) = 1300 Kcal/kgH2O [10-168]

q (%SO3) = 850 Kcal/kgH2O

 qn = 1300 – 850 = 450 Kcal/kg H2O

Vậy nhiệt thay đổi nồng độ tác nhân là:

Qn = 1530,71 x (1 – 0,7837) x 450 = 148991,66 Kcal

Do đó Q3 = 303018,05 + 148991,66 = 452009,71 kcal

III.3.2.3. Nhiệt do sản phẩm mang ra: Q4

Q4 = QL + QH

Trong đó:

QL: Nhiệt do khối sunfo (sản phẩm lỏng ) mang ra, Kcal.

Nguyễn Minh Phong 67

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

QH: Nhiệt do hơi C6H6 và hơi nước mang ra, Kcal.

a. Nhiệt do khối sunfo mang ra:

QL = G x C x t

G: Trọng lượng khối sunfo.

G = 2084,97 x 1,3 = 2710,46 kg t: Nhiệt độ khối phản ứng ra 1600C.

C: Nhiệt dung của hỗn hợp sản phẩm được tính từ nhiệt dung của các

thành phẩn có trong hỗn hợp.

C6H5SO3H – 91,05% CC6H5SO3H = 0,42 Kcal/kg độ

H2O – 2,60% CH2O = 1 Kcal/kg độ

H2SO4 – 5,88% CH2SO4 = 0,3445 Kcal/kg độ

Tạp chất – 0,47% Ctạp chất = 0,37 Kcal/kg độ

chất

C = CC6H5SO3 x aC6H5SO3 + CH2O x aH2O + CH2SO4 x aH2SO4 + Ctạp chất x atạp

a: nồng độ các thành phần.

 C = 0,9105 x 0,42 + 0,026 + 0,0588 x 0,3445 + 0,0047 x 0,37

C = 0,43 kcal/kgđộ

QL= 2710,46 x 0,43 x 160 = 186479,64 Kcal

b. Nhiệt do hơi benzen và hơi nước mang ra.

QH = (GbCb + GnCn) t + Gnrn

Trong đó:

* Gb: Trọng lượng hơi benzen:

Từ bảng cân bằng vật chất giai đoạn sunfo hoá ta có:

- Trọng lượng hơi benzen chưa phản ứng là: 39,05 kg

Vậy cho một mẻ 1,3 tấn là:

39,05 x 1,3 = 50,77 kg

* Gn: Trọng lượng hơi nước.

Từ bảng cân bằng vật chất giai đoạn sunfo hoá ta có lượng hơi nước là:

216,35 kg.

Nguyễn Minh Phong 68

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

Vậy cho một mẻ 1,3 tấn là:

216,35 x 1,3 = 281,26 kg * t: Nhiệt độ hơi benzen và hơi nước: 1600C

* Cb: Nhiệt dung riêng của benzen: 0,37 Kcal/kg độ

* Cn: Nhiệt dung riêng của nước: 1 Kcal/kg độ

* rn: ẩn nhiệt hoá hơi của nước: 490 Kcal/kg [9-280]

 QH = (50,77 x 0,37 + 281,26 x 1) x 160 + 281,26 x 490 = 185824,58

Kcal

Vậy Q4 = 186479,65 + 185824,58 = 372304,23 Kcal

III.3.2.4. Nhiệt đun nóng thiết bị Q5:

Q5 = G x C (t2 – t1)

G: Trọng lượng thiết bị: 1597,21 kg

C: Nhiệt dung riêng của thép 0,12 Kcal/kg độ [9-140] t1: Nhiệt độ của thiết bị lúc đầu: 1000C t2: Nhiệt độ của thiết bị lúc cuối : 1600C

Q5 = 1597,21 x 0,12 x (160 – 100) = 11499,91 Kcal

III.3.2.5. Nhiệt mất mát ra môi trƣờng bằng 5% lƣợng nhiệt cung cấp.

III.3.2.6. Nhiệt cần trao đổi với tác nhân.

III.3.2.7. Lƣợng nƣớc cần để làm lạnh khối phản ứng đƣợc tính theo

công thức:

C: Nhiệt dung riêng của nước: 1 Kcal/kg độ t1: Nhiệt độ của nước vào: 250C

Nguyễn Minh Phong 69

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

t2: Nhiệt độ của nước ra: 450C

CHƢƠNG IV:

THIẾT KẾ XÂY DỰNG

Nguyễn Minh Phong 70

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

IV.1. Xác định địa điểm xây dựng và thiết kế tổng mặt bằng nhà máy

[10]:

IV.1.1. Nhiệm vụ và yêu cầu:

Nhiệm vụ: nghiên cứu, phân tích, tổng hợp mọi số liệu của dự án để

đưa ra các giải pháp bố trí thực tế trên điạ hình một khu đất cụ thể được lựa

chọn làm cơ sở sản xuất.

Yêu cầu : phải phù hợp với dây chuyền sản xuất, đảm bảo khả năng

phát triển của nhà máy trong tương lai. Bố trí giao thông trong và ngoài nhà

máy thuận tiện. Đảm bảo an toàn vệ sinh công nghiệp thuận lợi trong xây

dựng .

IV.1.2. 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 tư, là cơ sở phát triển sản xuất , kinh doanh của nhà máy , vốn

đầu tư cũng như giá thành của sản phẩm của nhà máy, trong giai đoạn trước

mắt cũng như định hướng lâu dài của kế hoạch 5 năm, 10 năm.

- Địa điểm xây dựng được lựa chọn phải phù hợp với qui hoạch lãnh

thổ, qui hoạch vùng, qui hoạch cụm kinh tế công nghiệp đã được 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 lượng, nhiên liệu như: điện, nước, hơi, khí nén... Như

vậy sẽ hạn chế tối đa các chi phí cho vận chuyển, hạ giá thành góp phần thúc

đẩy sự phát triển của nhà máy.

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

máy , vậy cần chú ý đến các yếu tố sau:

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

đường bộ, đường sắt, đường sông, đường biển kể cả đường hàng không.

Nguyễn Minh Phong 71

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

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

các hệ thống kỹ thuật khác.

+ Nếu địa phương chưa có sẵn các điều kiện hạ tầng kỹ thuật trên thì

phải xét đến khả năng xây dựng nó trước mắt, cũng như trong tương lai.

- Địa điểm xây dựng được chọn cần lưu ý tới các điều kiện sau:

+ Khả năng nguồn cung cấp vật liệu, vật tư xây dựng để giảm chi phí

giá thành đầu tư xây dựng cơ bản của nhà máy, hạn chế tối đa lượng vận

chuyển vật tư xây dựng từ nơi xa đến.

+ Khả năng cung ứng nhân công trong quá trình xây dựng nhà máy

cũng như 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

phương lân cận trong quá trình đô thị hoá.

- Về địa hình khu đất: Khu đất phải có kích thước và hình dạng thuận

lợi cho việc xây dựng trước mắt cũng như việc mở rộng nhà máy trong tương

lai. Kích thước, 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

như việc bố trí các hạng mục công trình trên mặt bằng khu đất đó. Do vậy,

khu đất được lựa chọn cần đáp ứng các yêu cầu sau:

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

thấp tạo điều kiện tốt cho việc thoát nước thải dễ dàng.

+ Khu đất phải tương 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 thường chi

phí này khá lớn chiếm từ 1015% giá trị công trình).

- Khu đất lựa chọn không được nằm trên các vùng có mỏ khoáng sản

hoặc địa chất không ổn định( như có hiện tượng động đất, xói mòn hay hiện

tượng cát chảy). Cường 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.

Nguyễn Minh Phong 72

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

- Khu địa điểm xây dựng được chọn cần xét đến mối quan hệ mật thiết

giữa khu dân cư đô thị và khu công nghiệp. Điều đó không tránh khỏi là trong

quá trình sản xuất các nhà máy thường thải ra chất độc hại như: Khí độc, nước

bẩn, khói, bụi, tiếng ồn,.. Hoặc các yếu tố bất lợi khác như: dễ cháy nỗ, ô

nhiễm môi trường,... Để hạn chế tối đa ảnh hưởng xấu của môi trường công

nghiệp tới khu dân cư, các khu vực có di tích lịch sử và danh lam thắng cảnh

của địa phương 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 trường vệ sinh công nghiệp. Chú ý khoảng cách bảo vệ vệ

sinh công nghiệp tuyệt đối không được 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 thường phải ở cuối hướng gió chủ đạo, bởi

vì trong công nghiệp hoá chất nói chung và nhà máy chế biến dầu mỏ nói

riêng, thường bị ô nhiễm bởi khí hyđro cacbon và các khí phụ khác nên địa

điểm sản xuất đặt xa khu dân cư để hạn chế tối đa những ảnh hưởng xấu.

Nguồn nước thải của nhà máy được xử lý phải hạ lưu và cách bến dùng của

khu dân cư tối thiểu là 500m.

Sơ đồ dây chuyền sản xuất:

Nguyên liệu Giai đoạn sunfo hoá Giai đoạn trung hoà

sản phẩm chính phenol Giai đoạn axit hoá Giai đoạn nóng chảy kiềm

Nguyễn Minh Phong 73

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

IV.1.3. Địa Điểm Xây Dựng:

Từ các cơ sở trên , ta chọn địa điểm xây dựng nhà máy sản xuất phenol

tại Dung Quất – Quảng Ngãi. Nơi được 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 phenol như:

Mạng lưới giao thông.

Hướng 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. Hướng Tây Nam là mạng lưới giao thông quốc gia cả đường bộ và đường

sắt.

Hướng Bắc giáp khu kinh tế mở Quảng Nam. Vì vậy về mặt giao

thông sẽ rất thuận tiện cho việc vận chuyển nguyên liệu về nhà máy cũng như

việc vận chuyển sản phẩm của nhà máy đi tiêu thụ.

Mặt khác vật liệu, vật tư 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 như việc vận hành nhà máy sau này.

Một vấn đề cũng rất cần thiết nữa là: Kích thước và hình dáng khu đất

rất thuận lợi cho việc xây dựng trước mắt cũng như việc mở rộng nhà máy

trong tương lai. Khu đất cao ráo, không bị ngập lụt, độ dốc tự nhiên của khu

đất khoảng 1% với nền đất sét kết hợp với đất đá ong nên đảm bảo tính chịu

tải trọng lớn.

Với địa hình của nhà máy là hướng Đông giáp biển và hướng gió chủ

đạo là hướng Tây Nam vì vậy các chất khí, bụi của nhà máy sẽ ít hoặc không

ảnh hưởng đến khu dân cư.

IV.1.4. Tổng mặt bằng nhà máy:

Nhà máy sản xuất phenol chiếm một diện tích khá rộng lớn trong đó

bao gồm các liên hợp các phân xưởng có mối liên hệ chặt chẽ với nhau. Sản

phẩm của phân xưởng này là nguyên liệu của phân xưởng kia, vì vậy đòi hỏi

Nguyễn Minh Phong 74

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

các phân xưởng phải được phân bố một cách hợp lý phù hợp với mối liên hệ

của các phân xưởng.

Điều kiện làm việc trong nhà máy có những công đoạn đòi hỏi rất khắt

khe về chế độ công nghệ. Mặt khác sản phẩm của nhiều quá trình dễ cháy nổ

do đó cần đặc biệt chú ý và tuyệt đối đảm bảo an toàn chống cháy nổ trong

các phân xưởng và an toàn nhà máy.

Giữa các phân xưởng sản xuất phải có khoảng cách đảm bảo an toàn và

thuận lợi cho quá trình lưu thông của dòng người, dòng xe đồng thời nguyên

liệu và nhiên liệu, xúc tác, các hoá chất phụ trợ và thiết bị, phương tiện khác

cũng phải đảm bảo lưu thông.

Các hạng mục công trình nhà máy được 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 người cũng như không gây ô nhiểm môi trường cần được chú ý

đặc biệt.

Bảng 1: Các hạng mục công trình trong nhà máy sản xuất phenol bằng

phương pháp sunfo hoá với năng suất là 5000 tấn/năm.

Các hạng mục công trình Dài(m) Rộng (m)

Diện tích (m2)

1. Phân xưởng sản xuất phenol 42 24 1008

2. Nhà sửa chữa cơ khí 30 15 450

3. Bể nước 9 6 54

4. Phòng bảo vệ 6 6 36

5.Nhà hành chính 30 12 360

6. Nhà ăn 30 12 360

7. Gara ôtô con 24 12 288

8. Gara ôtô tải trọng lớn 24 12 288

Nguyễn Minh Phong 75

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

9. Bãi đỗ xe 18 12 216

10. Trạm cứu hoả 18 12 216

11. Kho chứa nguyên liệu 24 15 360

12. Nhà để xe đạp ,xe máy 18 12 216

13. Trạm điện 18 9 162

14. Trạm bơm 18 9 162

15. Khu xử lý nước thải 30 9 270

16. Kho thành phẩm 24 15 360

17. Khu xử lý phế thải 30 9 270

18. Phòng vệ sinh 6 6 36

Tổng 5184

IV.2. Thiết kế tổng mặt bằng nhà máy [10].

IV.2.1. Nhiệm vụ và yêu cầu.

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 được chọn làm cơ sở

cho việc tổ chức xây dựng nhà máy sản xuất phenol.

*Nhiệm vụ chính khi thiết kế nhà máy:

+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 hướng nhà, tổ chức mạng lưới công trình phục vụ công cộng, trồng

cây xanh, hoàn thiện khu đất xây dựng, hướng phân chia thời kỳ xây dựng.

Nghiên cứu khả năng mở rộng và phát triển của nhà máy.

Nguyễn Minh Phong 76

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

+ Giải quyết các vấn đề có liên quan đến môi trường qua các giải pháp

để đảm bảo yêu cầu vệ sinh công nghiệp, chống ồn chống ô nhiễm mặt nước

và khí quyển, cũng như các vấn đề liên quan đến an toàn sản xuất như hoả

hoạn hoặc các sự cố đặc biệt khác.

+ Giải quyết các quan hệ về cảnh quan đô thị với môi trường xung

quanh tạo khả năng hoà nhập của nhà máy với các nhà máy lân cận, phù hợp

hài hoà với không gian tự của vùng.

* Các yêu cầu khi thiết kế tổng mặt bằng nhà máy:

Để có được phương án tối ưu khi thiết kế quy hoạch tổng mặt

bằng nhà công nghiệp cần phải thoả mãn các yêu cầu cụ thể như sau:

+ Giải pháp thiết kế tổng mặt bằng nhà máy phải đáp ứng được

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 lưới cung cấp kỹ thuật khác bên trong và bên ngoài nhà máy.

+ Trên khu đất xây dựng nhà máy phải được phân thành các khu

vực chức năng theo đặc điểm của sản xuất, yêu cầu vệ sinh, đặc điểm sự cố,

khối lượng phương 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 được 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 cường 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 trường công

nghiệp và định hướng phát triển mở rộng nhà máy trong tương 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 người luồng hàng phải ngắn nhất không trùng lặp hoặc cắt

nhau. Ngoài ra, còn phải chú ý khai thác phù hợp với mạng lưới giao thông

quốc gia cũng như các cụm nhà máy lân cận.

Nguyễn Minh Phong 77

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

+ 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 trường bằng các giải pháp

phân khu chức năng, bố trí hướng nhà hợp lý theo hướng 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 phương 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 hạng mục công trình.

+ Phải đảm bảo tốt mối quan hệ hợp tác mật thiết 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 trường cũng như các

công trình hành chính phục vụ công cộng... Nhằm mang lại hiệu quả kinh tế,

hạn chế vốn đầu tư xây dựng nhà máy và tiết kiệm diện tích xây dựng.

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

nhanh, sớm đưa nhà máy vào sản xuất, nhanh chóng hoàn vốn đầu tư 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 kiến khu

công nghiệp đô thị.

IV.2.2. 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 tính nguyên tắc sau, để đạt được hiệu quả cao

nhất khi tiến hành nghiên cứu thiết kế tổng mặt bằng. Đây là một biện pháp

có tính định hướng 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 lượng và đặc điểm vận chuyển hàng hoá, đặc điểm

phân bố nhân lực, đặc điểm và các yêu cầu vệ sinh công nghiệp cũng như các

Nguyễn Minh Phong 78

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

đặc thù sự cố của các công đoạn sản xuất. Những nhóm chức năng này sẽ

được bố trí trên các khu đất của nhà máy công nghiệp trong mối quan hệ của

công nghệ sản xuất cũng như các yêu cầu về quy phạm sự cố và vệ sinh công

nghiệp. Trên cơ sở nguyên lý người ta đưa ra các biện pháp phân chia khu đất

xây dựng nhà máy thành các vùng chức năng.

*Giải pháp phân vùng:

Tuỳ theo đặc thù sản xuất của nhà máy mà người 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 2

1

+ 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 trước nhà máy hầu như được 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.

+ Vùng sản xuất:

Nơi bố trí các nhà và các công trình nằm trong dây chuyền sản

xuất chính của nhà máy, như các xưởng 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 lưu ý một số điểm sau:

Nguyễn Minh Phong 79

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

 Khu đất được ưu tiên về điều kiện địa hình, địa chất cũng như

về hướng .

 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 ưu tiên về hướng.

 Các nhà xưởng trong quá trình sản xuất gây ra tác động xấu

như tiếng ồn lớn, lượng bụi, nhiệt thải ra nhiều hoặc dễ có sự cố nên đặt ở

cuối hướng gió và tuân thủ chặt chẽ theo quy cách vệ sinh công nghiệp.

+ Vùng các công trình phụ:

Nơi đặc các nhà và công trình cung cấp năng lượng bao gồm các

công trình cung cấp điện, hơi.... Xử lý nước 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 người ta thiết kế cần lưu ý một số điểm sau:

Hạn chế tối đa chiều dài của hệ thống cung cấp kỹ thuật bằng cách bố

trí hợp lý giữa nơi cung cấp và tiêu thụ năng lượng ( khai thác tối đa hệ thống

cung cấp ở trên không và ngầm dưới mặt nước).

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

trí các công trình phụ.

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

chú ý bố trí cuối hướng gió chủ đạo.

+ Kho tàng và phục vụ giao thông:

Trên đó, bố trí các hệ thống kho tàng bến bãi, các cầu bốc dỡ hàng hoá,

sân ga nhà máy... Tuỳ theo đặc điểm sản xuất và qui mô nhà máy vùng này

thường chiếm từ 2337% tổng diện tích nhà máy. Khi bố trí vùng này nguời

thiết kế cần lưu ý một số điểm sau:

Nguyễn Minh Phong 80

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

Cho phép bố trí các công trình trên vùng đất không ưu tiên về hưóng.

Nhưng 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 trường 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 người thiết kế có thể bố trí một

phần hệ thống kho tàng nằm ngay trong khu vực sản xuất.

Ƣu nhƣợc điểm của của giải pháp thiết kế tổng mặt bằng nhà máy:

+ Ưu điểm:

Dễ dàng quản lý theo ngành, theo các xưởng, theo các công đoạn của

quá trính sản xuất nhà máy. Thích hợp với những nhà máy có các xưởng,

những công đoạn có các đặc điểm sản xuất khác nhau. Đảm bảo được các yêu

cầu vệ sinh công nghiệp, dễ dàng xử lý các bộ phận phát sinh trong sản xuất

như khí độc, bụi, cháy, nổ. Dễ dàng bố trí hệ thống giao thông bên trong nhà

máy. Thuận lợi trong quá trình phát triển mở rộng nhà máy. Phù hợp với đặc

điểm khí hậu nước ta.

+ Nhược điểm:

Dây chuyền sản xuất phải kéo dài. Hệ thống đường ống kỹ thuật và

mạng lưới giao thông tăng. Hệ số xây dựng, hệ số sử dụng thấp.

* Giải pháp hợp khối:

Để đạt hiệu quả cao trong ứng dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật tự

động hoá sản xuất, phù hợp với xu hướng phát triển trong công tác thiết kế

nhà máy công nghiệp trên thế giới và việt nam hiện nay.

Khi sử dụng nguyên tắc thiết kế này cần lưu ý các yêu cầu :

Các xưởng sản xuất, các công trình kỹ thuật có đặc điểm giống nhau,

hoặc không ảnh hưởng lẫn nhau trong quá trình tổ chức vận hành sản xuất.

Đặc điểm vệ sinh công nghiệp giống nhau, tương tự hoặc ít gây ô

nhiễm độc hại hoặc có sự cố công nghiệp ảnh hưởng đến các bộ phận khác.

Nguyễn Minh Phong 81

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

Các chế độ vi khí hậu bên trong các điều kiện chiếu sáng tương tự nhau.

Đặc điểm địa chất của khu đất cho phép , các yêu cầu của sản xuất không ảnh

hưởng lẫn nhau, các phương thức tổ chức giao thông chiều đứng đơn giản có

thể áp dụng giải pháp nâng tầng.

Hợp khối các công trình có ưu điểm sau:

+ Ưu điểm:

Số lượng các công trình giảm, thuận lợi cho quy hoạch mặt bằng

chung. Tiết kiệm đất xây dựng từ 1030%. Rút ngắn mạng lưói 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 ưu điểm nhưng trong điều kiện xây dựng ở Việt Nam

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

Không phù hợp với các xưởng, 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 nước 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 điều kiện của giải pháp

hợp khối các công trình để lựa chọn các biện pháp thiết kế thích hợp. Nâng

cao mật độ xây dựng.

Để tiết kiệm diện tích đất xây dựng một cách tối đa khi thiết kế mặt

bằng chung nhà máy, ngoài giải pháp hợp khối phải chú ý tính toán hợp lý

diện tích của các hạng mục công trình trên cơ sở yêu cầu dây chuyền sản xuất và lựa chọn hình dạng của nhà và công trình gọn gàng phù hợp với hình dạng

của khu đất, để hạn chế các khu đất không sử dụng được gây lãng phí đất.

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

lưu ý đến yếu tố phát triển mở rộng nhà máy trong tương lai, trong các trường hợp sau:

Nguyễn Minh Phong 82

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

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 được ảnh hưởng

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 hưởng đến dây chuyền sản xuất đã có, dự kiến các vị trí khu đất có

thể phát triển để khi mở rộng không ảnh hưởng đến dây chuyền sản xuất và hệ

thống giao thông của nhà máy.

IV.2.3. Mặt bằng nhà máy: Vì nhà sản xuất có dây chuyền sản xuất, tính chất và đặc điểm của sản

xuất gần giống nhau do đó thiết kế mặt bằng phân xưởng sản xuất theo nguyên tắc hợp khối với tổng diện tích là : 5184 (m2).

KẾT LUẬN

Qua bốn tháng làm việc được sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo trong

bộ môn đặc biệt là cô TS. Nguyễn Hồng Liên , cùng với sự cố gắng của bản

thân , nay em đã hoàn thành bản đồ án được giao : “Thiết kế phân xưởng sản

xuất phenol bằng phương pháp sunfo hoá với năng suất 5000 tấn/năm”.

Với những nội dung chính sau:

1. Sơ lược về: công thức, tính chất, cấu tạo, và ứng dụng của phenol.

2. Tổng quan về các phương pháp sản xuất phenol, so sánh và chọn được

phương pháp sản xuất phù hợp với điều kiện trong nước.

3. Trình bày những nét cơ bản về lý thuyết các quá trình hoá học chính:

sunfo hoá và nóng chảy kiềm.

4. Xây dựng dây chuyền sản xuất phenol.

5. Tính cân bằng vật chất các giai đoạn.

6. Tính một thiết bị phản ứng và cân bằng nhiẹt lượng ở thiết bị đó.

Nguyễn Minh Phong 83

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

Trong quá trình làm bản đồ án này em đã hiểu thêm rất nhiều về việc

thiết kế , tính toán một phân xưởng sản xuất, tính toán và thiết kế cho một dự

án đòi hỏi phải vận dụng nhiều kiến thức tổng hợp của nhiều ngành , nhiều

lĩnh vực khác nhau như : Khoa học , xã hội , kinh tế ,...Tuy nhiên khi đưa một

thành quả của việc nghiên cứu vào sản xuất thực tế là một quá trình hết sức

phức tạp. Quá trình làm bản đồ án này cũng đã giúp em cũng cố lại những

kiến thức mà em đã học trong nhà trường từ trước đến nay, cụ thể là nắm

được lý thuyết về các tính chất của nguyên liệu và sản phẩm , hiểu được các

cơ chế phản ứng , biết cách tính toán được các thiết bị,...

Trong khuôn khổ bản đồ án này có thể còn có những thiếu sót do việc

tính toán chủ yếu dựa trên cơ sở lý thuyết và bước đầu làm quen với công tác

thiết kế , xây dựng phân xưởng. Em rất mong nhận được sự góp ý chỉ bảo của

các thầy cô và bạn bè để bản đồ án được hoàn thiện và khi áp dụng vào thực

tế.

Một lần nữa , em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các quí

thầy cô trong bộ môn và các bạn trong lớp đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành

bản đồ án này.

Hà Nội , ngày ....... tháng...... năm 2004

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Minh Phong

Nguyễn Minh Phong 84

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

Nguyễn Minh Phong 85

Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1].Barbara Elvers , Stephen Hawkins.

Ullmann’s Encyclopendia of industrial Chemistry .Vol A19,1991.

[2]. Nguyễn Minh Châu . Giáo trình Hoá hữu cơ. Trường ĐHSP Qui Nhơn,

1996.

[3].Alain – Chauvel

Petrochemiscal Process.

Gulf Publishing Company (Paris), 1989.

[4]. Barbara Elvers , Stephen Hawkins.

Ullmann’s Encyclopendia of industrial Chemistry .Vol A20,1992.

[5]. RA.LINDIN, V.A . MOLOSCO , L.L. ANDREEVA, người dịch: Lê kim

Long và Hoàng Nhuận.

Tính chất lý hoá học các chất vô cơ . NXB KH & KT , 2001

[6] PGS. TS Lê Mậu Quyền, hoá học vô cơ, nhà xuất bản khoa học và kĩ thật,

2000.

[7].Vũ Thế Trí . Kỹ thuật tổng hợp các chất hữu cơ trung gian, Trường

ĐHBK Hà Nội, 1974.

[8]. A.Г. Касаτκин и А. Н.Праноьскuй. просецы и аппараты

npouышности органическово синтеза, Москва,1979.

[9]. Ю.И.Дытнерский, người dịch: Vương Đình Nhàn .

Sổ tay tóm tắt của kỹ sư hoá chất .NXB Giáo Dục Hà Nội . 1961.

[10]. PGS. Ngô Bình, TS. Phùng Ngọc Thạch, Nguyễn Mạnh Hậu, Phan Đình

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

Nội, bộ môn xây dựng công nghiệp, 1997.

Nguyễn Minh Phong 86