intTypePromotion=3
Array
(
    [0] => Array
        (
            [banner_id] => 140
            [banner_name] => KM1 - nhân đôi thời gian
            [banner_picture] => 964_1568020473.jpg
            [banner_picture2] => 839_1568020473.jpg
            [banner_picture3] => 620_1568020473.jpg
            [banner_picture4] => 994_1568779877.jpg
            [banner_picture5] => 
            [banner_type] => 8
            [banner_link] => https://tailieu.vn/nang-cap-tai-khoan-vip.html
            [banner_status] => 1
            [banner_priority] => 0
            [banner_lastmodify] => 2019-09-18 11:11:47
            [banner_startdate] => 2019-09-11 00:00:00
            [banner_enddate] => 2019-09-11 23:59:59
            [banner_isauto_active] => 0
            [banner_timeautoactive] => 
            [user_username] => sonpham
        )

)

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

Chia sẻ: Nguyễn Thành Chung | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:91

0
48
lượt xem
11
download

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

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

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 suất cao và giá thành hợp lý. Xuất phát từ thực tế đó mà "Đồ án tốt nghiệp: Tính toán thiết kế phân xưởng sản xuất phenol".

Chủ đề:
Lưu

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

  1. 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
  2. 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
  3. 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
  4. 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: d420  1,072 g / cm3 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: OH Các tính chất hoá học của phenol đều bắt nguồn từ các đặc tính của nhóm –OH và nhân bezen. Nguyễn Minh Phong 4
  5. 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. OH + NaOH ONa + H 2O 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: ONa Cl O Cu + + NaCl - Phản ứng tạo este: ONa OCOCH 3 + CH3COCl + NaCl * 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: C6H5OH + Zn (bột) to C6H6 + H2O d. Thế nhóm –OH bằng halogen: Nguyễn Minh Phong 5
  6. 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. OH OH Br Br + 3Br2 + 3 HBr Br b. Nitro hoá (với HNO3 loãng). OH + H2O OH + HO - NO2 NO2 O2N OH + H2O Hoặc axit hơi loãng cho ta thu được trinitro phenol và dinitro phenol: OH O2N NO2 O2N OH NO2 NO2 c. Sunfo hoá. OH OH SO 3 H + h 2SO4 + H 2O Nguyễn Minh Phong 6
  7. Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol OH OH SO3 H SO3 H + 3H2SO4 + 3H2O SO3 H 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. OH O = + K 2Cr2O7/H t0 = O Khi oxi hoá nhẹ bằng H2O2 ta được phenol đa chức. OH OH OH + H2O2 OH OH OH e. Trùng ngưng. - Phenol dễ dàng trùng ngưng với andehyt fomic tạo thành nhựa phenol formandehyt. OH OH H H+O+H H+O = = CH2 CH2 H Nguyễn Minh Phong 7
  8. H H+O+H H+O = = CH 2 CH 2 Đồ án tốt nghiệp Phân xưởng sản xuất Phenol H + O = CH 2 H OH OH CH 2 CH 2 H OH H OH CH 2 CH 2 + nH 2O OH CH 2 CH 2 OH OH - Hoặc phenol ngưng tụ với anhydric phtalic tạo thành phenol phtalein: OH OH O H OH = C C O+ O -H 2O C C = = H OH O O 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
  9. 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 CH3 O 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
  10. 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
  11. 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
  12. 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 : C6H6 + Cl2  C6H5Cl + HCl (1) C6H5Cl + 2NaOH  C6H5ONa + NaCl + H2O (2) C6H5ONa + HCl  C6H5OH +NaCl (3) - 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
  13. 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
  14. 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
  15. 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: CH 3 CH 3 CH + O2 C - OOH CH 3 CH 3 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
  16. 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. CH 3 H 2SO 4 C - OOH OH + CH 3- CO - CH 3 CH 3 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
  17. 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 CH 3 O = C - OOH C - CH3+ CH3OH CH 3 -Tạo thành rượu bậc 3 – dimetyl phenyl CH 3 CH 3 C - OOH C - OH + 1/2O 2 CH 3 CH 3 -Tạo ra – metyl styren CH 3 CH 2 H 2SO 4 C - OH C - CH 3+ H 2O CH 3 Nguyễn Minh Phong 17
  18. 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: 2C6H5CH3 + 3O2  2C6H5COOH + 2H2O Muối Cu 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
  19. 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
  20. 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

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

AMBIENT
Đồng bộ tài khoản