CÔNG NGHÊ SẢN XUẤT ANHYDRIT PHTHALIC TỪ O-XYLEN

Bảng tóm tắt tính chất vật lý của oxi

Tên



Hằng số



Khối lượng nguyên tử



15,9994



Khối lượng phân tử



31,9988



Thể tích rêng (1,1OC,101,3Kpa)



0,754m3/kg



Về hóa tính thì oxy là một chất oxy hóa mạnh, nó Oxi hóa được với hầu hết các

nguyên tố trừ halogen, khí hiếm,vàng và phi kim họ platin.

Tác dụng với kim loại tạo ra oxit kim loại (trừ vàng và bạch kim):

2Ca



+ O2



4Al + 3O2



 2CaO

 2 Al2O3



Tác dụng với phi kim: Oxi tác dụng với photpho ở 60OC,với lưu huỳnh ở

250OC,với hidro ở 300 OC với cacbon (than) ở 700÷800 OC

O2  SO2



S +

4P +



5O2  P2O5



2H2 +



O2



 2H2O



O2



 CO2



O2



 2 NO



C



+



N2 +

Tác dụng với hợp chất :



25



Nhiều hợp chất cháy trong khí oxi dư tạo nên oxit của các nguyên tố có trong

hợp chất đó. Như khí H2S, khí CH4, rượu etylic C2H5OH và pirit FeS2 cháy

theo các phản ứng sau :

2H2S + 3O2



 2SO2 + 2H2O





CH4 + 2O2

C2H5OH + 3O2

4FeS2 + 9O2



CO2 + 2H2O

 2CO2 + 3H2O



 2Fe2SO3 + 6H2O



Trong quá trình sản xuất anhydrit phthalic thì nguồn cung cấp oxy là không khí.

Không khí là nguồn cung cấp oxy vô tận và trong không khi hàm lượng oxy

tương đối cao (21%).

4.3 Phản ứng tổng hợp anhydrit phthalic từ o-xylen.

C6H4(CH3)2



+



3O2







C6H4(CO)2O



+



3H2O



Xúc tác của phản ứng là V2O5

Điều kiện phản ứng: nhiệt độ từ 330 OC đến 480 OC, Áp suất khoảng

200kpa

4.4 Các công nghệ sản xuất anhydrit phthalic từ o-xylen

4.4.1 Công nghệ sản xuất anhydrit phthalic từ o-xylen của hãng MG

Techonologies



26



Hình 3. Sơ đồ công nghệ sản xuất anhydrit phthalic từ o-xylen của hãng MG

Techonologies

1. Dòng không khí

được gia nhiệt.



2. Bơm.



3,4 thiết bị gia nhiệt



7. Thiết bị pha trộn



5. Dòng không khí đã



8. Dòng sản phẩm



9 . thiết bị



phản ứng

10. dòng nguyên liệu đã được gia nhiệt



11. Thiết bị gia nhiệt



12. Dòng nguyên liệu o-xylen

13,14 thiết bị gia nhiệt



.15 bơm.



16. Dòng nguyên liệu o-xylen

27



17. dòng hơi nước bão hòa 18. Bộ phận cung cấp nhiệt 19 thiết bị bốc hơi

20. dòng nguyên liệu ở dạng hơi

o-xylen được bơm(15) vận chuyển vào các thiết bị gia nhiệt(13 và 14), khí đó

nhiệt độ của o-xylen đạt khoảng 18oC và áp suất khoảng 2,5 bar, dòng hơi nước

bão hòa (B1 và B2) cung cấp nhiệt lượng cho thiết bị gia nhiệt(13 và 14). Dòng

o-xylen đã được gia nhiệt (12) tiếp tục được đưa vào thiết bị bốc hơi (19). Dòng

hơi nước bão hòa (17) đi qua thiết bị cung cấp nhiệt(18), khi đó dòng hơi nước

bão hòa có nhiệt độ khoảng 210 oC và áp suất từ 18 bar đến 30 bar, sau đó cung

cấp nhiệt lượng cho thiết bị bốc hơi (19) để làm bốc hơi o-xylen. Khi đó dòng

hơi o-xylen(20) đi ra khỏi thiết bị bốc hơi rồi được dẫn qua thiết bị gia nhiệt (11)

để gia nhiệt tiếp. Sau đó dòng hơi o-xylen đi vào thiết bị pha trộn. Không khí

được bơm(2) đưa vào thiết bị gia nhiệt(3 và 4) rồi tiếp tục được đưa vào thiết bị

pha trộn(7) và được trộng với hơi o-xylen. Hỗn hợp hơi o-xylen và không khí

tiếp tục được đưa sang thiết bị phản ứng(9) Và cuối cùng sản phẩm là andehyt

phthalic được tạo thành.

4.4.2 công nghệ sản xuất anhydrit phthalic của hãng PFD

Không khí được đưa vào máy nén(1) và được nén tới áp suất là 220 kpa,

rồi tiếp tục được đưa qua thiết bị trao đổi nhiệt(2) bằng hơi nước bão hòa, khi đó

dòng không khí nén này được đun nóng tới khoảng 245oC. Nguyên liệu o-xylen

được bơm(4) bơm vào thiết bị trao đổi nhiệt(3) với áp suất là 290 kpa và nhiệt

độ là. Khi qua thiết bị trao đổi nhiệt o-xylen bị hóa hơi rồi trộn lẫn với dòng

không khí nóng trước khi vào lò phản ứng(5) với nhiệt độ 245 oC và áp suất là

200 kpa. Tỷ lệ giữa không khí nén và nguyên liệu o-xylen được điều chỉnh bằng

các van. Trong lò phản ứng xảy ra các phản ứng oxi hóa và tỏa nhiệt, sản phẩm

chính là andehyt phthalic, sản phẩm phụ là axit bezoic, andehyt maleic. Chính vì

các phản ứng đều tỏa nhiệt nên cần có bộ phận làm mát. Chất tải nhiệt có thể

dùng là nước hoặc dầu. Chất tải nhiệt ở nhiệt độ cao được lấy ra ở cuối phần

thân lò phản ứng rồi được bơm (7) vận chuyển qua thiết bị trao đổi nhiệt (6) để

28



làm mát, sau khi được làm mát chất tải nhiệt sẽ được đưa vào đầu phần thân lò

phản ứng để tiếp tục quá trình trao đổi nhiệt. Nhiệt được lấy ra từ thiết bị trao

đổi nhiệt(6) rồi cung cấp cho quá trình bốc hơi nước để sản xuất hơi nước bão

hòa. Hỗn hợp sản phẩm đi ra khỏi là phản ứng có nhiệt độ là 353 OC và áp suất

là 130 kpa. Dòng hỗn hợp sản phẩm được làm lạnh bằng các thiết bị trao đổi

nhiệt(8, 9, 10). Sau đó hỗn hợp được đưa đến thiết bị ngưng tụ(11) để thu hồi

andehyt phthalic vì ở nhiệt độ thấp anhydirt phthalic dễ bị đóng rắn. sau khi tách

anhydrit phthalic ở dạng rắn rồi đưa đến thiết bị trao đổi nhiệt(12) khi đó nhiệt

độ sẽ tăng lên 230 OC trước khi nó đi vào tháp chưng(14). Tại tháp chưng thì

99,9% mol andehyt phthalic được làm sạch và lấy ra tại đáy tháp. Còn trên đỉnh

tháp là andehyt maleic được lấy ra.



Sơ đồ công nghệ sản xuất anhydrit phthalic của hãng PFD

4.4.3 Công nghệ sản xuất anhydrit phthalic từ o-xylen của hãng BASF

O-xylen từ bể chứa(1) và SO2 từ bể chứa(2) hòa trộn với nhau trước khi đi vào

thiết bị gia nhiệt(20) tại đây hỗn hợp này có nhiệt độ là 149 OC với áp suất từ

29



48,2 kpa đến 55,2 kpa. Không khí được dẫn qua thiết bị gia nhiệt(21) trước khi

hòa trộn vào hỗn hợp o-xylen và SO2. Hỗn hợp này được đưa vào lò phản

ứng(3). Các phản ứng trong lò phản ứng đều là những phản ứng oxi hóa tỏa

nhiệt nên ta cần phải có thiết bị trao đổi nhiệt(4) để làm mát lò phản ứng và để

tận dụng nhiệt cho quá trình sản xuất hơi nước quá nhiệt. Các chất phản ứng với

nhau ở nhiệt độ 380 OC. nhiệt độ lò phản ứng luôn duy trì từ 300 OC đến 390 OC.

Hỗn hợp sản phẩm đi ra lò phản ứng có nhiệt độ rất cao là 375 OC nên ta phải

dẫn chúng qua nồi làm nguội(5) trước khi cho chúng đi vào thiết bị ngưng tụ(6)

để loại bỏ H2O, CO, CO2 và một số tạp chất khác. Sau đó dẫn các chất ngưng tụ

đi qua thiết bị làm sạch(7). Tại thiết bị làm sạch(7) do có nhiệt độ cao nên các

chất bị ngưng tụ phân hủy thành khí và đi lên trên thiết bị, các chất không hóa

hơi sẽ đi ra ở đáy thiết bị và được đưa đến lò đốt(9) để đốt. sản phẩm thô từ thiết

bị ngưng tụ được đưa đến bể bảo quản sản phẩm thô(8). Sau đó sản phẩm thô từ

bể bảo quản được đưa qua thiết bị gia nhiệt(10) để sấy khô trước khi đưa dòng

sản phẩm thô này vào bể tiền xử lý nhiêt(11). Tại đây sản phẩm thô được lữu trữ

ở nhiệt độ cao và áp suất chân không để loại bỏ các chất tạo màu hoặc chuyển

các chất có khối lượng phân tử nhỏ thành các chất có khối lượng phân tử lớn để

thuận lợi cho quá trình tách sau này. Từ bể tiền xử lý nhiệt sản phẩm thô được

đưa đến thiết bị làm nguội(12) trước khi đưa nó vào thiết bị loại bỏ khí(13). Tại

thiết bị loại bỏ khí thì trên đỉnh thiết bị khí thải đi ra và được dưa đến lò đốt rồi

đốt. Còn dòng sản phẩm đi ra ở đáy thiết bị sẽ được đưa đến thiết bị bốc hơi(14).

các chất khó bốc hơi sẽ được đưa ngược trở lại tháp bốc hơi để bốc hơi tiếp, các

chất dễ bốc hơi sẽ được đưa đến tháp chưng cất(15) để tinh chế sản phẩm. Tại

tháp chưng cất phần cặn được lấy ra từ đáy tháp và đưa đến lò đốt để đốt, trên

đỉnh tháp khí thải bay ra cũng được đưa đến lò đốt. Anhydrit phthalic được tinh

chế có độ tinh khiết là 99,9% được lấy ra trên đầu thân tháp chưng rồi đưa đến

bể chứa sản phẩm tinh khiết(16). Từ bể chứa anhydrit phthalic tinh khiết ta có

thể cho anhydrit phthalic tinh khiết qua máy nghiền nhỏ(17) trước đóng bao

bằng thiết bị đóng bao(18).

30



Sơ đồ dây chuyền sản xuất anhydrit phthalic từ o-xylen của hãng BASF

1. bể chứa nguyên liệu xylen



2. Bể chứa SO2



3. Lò phản ứng



4. Thiết bị trao đổi nhiệt



5. Nồi làm nguội



7. thiết bị làm sạch



8. Bể bảo quản sản phẩm thô 9. Lò đốt



10. thiết bị sấy



11. Bể tiền xử lí nhiệt



6. Thiết bị ngưng tụ



12. Bộ phận làm



nguội

13. thiết bị loại bỏ khí



14. Thiết bị bốc hơi



15. Tháp chưng cất



16. bể chứa sản phẩm tinh khiết 17. Máy nghiền nhỏ sản phẩm 18. Máy đóng

bao



31



4.4.4 So sánh các công nghệ.



Công nghệ của



công nghệ của



Công nghệ của



hãng MG



hãng PFD



hãng BASF



Techonologies

+) Sơ đồ công



+) Có hệ thống



+) Có hệ thống



trao đổi nhiệt



trao đổi nhiệt nên



nên tận dụng



tận dụng được



nghệ đơn giản

+) Thiết bị đơn

giản

+) Điều kiện phản



được nhiệt tỏa ra nhiệt tỏa ra từ lò

từ lò phản ứng



không tốn kinh

phí chế tạo thiết bị



phản ứng nên tiết



nên tiết kiệm



ứng mềm nên



kiệm năng lượng

+) Có hệ thống



năng lượng

+) Có hệ thống



làm sạch sản



làm sạch sản



phẩm nên sản



phẩm nên sản



phẩm thu được



phẩm thu được



tương đối sạch



tương đối sạch.

+) Các thiết bị



Ưu điểm



Có hệ thống xử



tỏa nhiệt được

làm mát nên rất

an toàn



lý các chất thải

nên vấn đề về

môi trường được

đảm bảo

+) Có hệ thống

làm sạch sản

phẩm nên sản

phẩm thu được

tương đối sạch

+) Các thiết bị

tỏa nhiệt được

làm mát nên rất

an toàn



32



+) Sơ đồ công

nghệ phức tạp

+) Tốn kinh phí

để chế tạo các

thiết bị phản ứng

+) Có hệ thống

đóng gói sản

+)Công nghệ sơ



+) Sơ đồ công



sài, lạc hậu

+) Không có hệ



nghệ phức tạp

+) Tốn kinh phí



thống làm mát các để chế tạo các

Nhược điểm



phẩm

+) Sơ đồ công

nghệ phức tạp,

nhiều thiết bị

+) Tốn kinh phí



thiết bị tỏa nhiêt



thiết bị phản ứng để chế tạo các

+) Điều kiện

nên các thiết bị dễ

thiết bị phản ứng

phản ứng khắc

bị hỏng

bằng vật liệu

+) Không có hệ

nghiệt

chịu nhiệt vì các

thống làm sạch

phản ứng tỏa ra

nên sản phẩm

rất nhiều nhiệt

không được tinh

+) Điều kiện

khiết



phản ứng khắc

nghiệt



Với những ưu nhược điểm trên em xin chọn công nghệ sản xuất anhydrit

phthalic từ o-xylen của hãng BASF để thiết kế và tính toán.

Một số tính chất hóa lý của nguyên liệu O-xylen

Công thức phân tử



C 8 H 10



Khối lượng phân tử



106,16 g / mol



33



Xuất hiện



Lỏng không màu



Mật độ

0,88 g / ml, lỏng

Nhiệt độ nóng chảy



-25 ° C (-13 ° F; 248 K)



Điểm sôi



144 ° C (291 ° F; 417 K)



Khả năng hòa



Không tan



tantrong nước



Nguồn cung ứng nguyên liệu và một số ứng dụng của nguyên liệu O-xylen là

Xylene được sử dụng như một dung môi. Trong ứng dụng này, hỗn hợp các chất

đồng phân thường được gọi như xylen hoặc xylol. Xylene dung môi thường có

chứa một tỷ lệ nhỏ ethylbenzene . Cũng giống như các đồng phân cá nhân, hỗn

hợp là không màu, có mùi ngọt, và rất dễ cháy. Lĩnh vực ứng dụng bao gồm in

ấn , cao su , và da ngành công nghiệp. Nó là một thành phần phổ biến của mực

in, cao su , keo,và da ngành công nghiệp. Trong pha loãng sơn và vecni , nó có

thể được thay thế cho toluene nơi khô chậm hơn là mong muốn, và do đó được

sử dụng bởi bảo tồn của các đối tượng nghệ thuật trong thử nghiệm độ hòa

tan.Tương tự như vậy nó là một chất làm sạch , ví dụ, đối với thép , tấm silicon ,

và mạch tích hợp . Trong nha khoa, xylene có thể được sử dụng để hòa tan gutta

percha , một loại vật liệu được sử dụng cho nội nha (điều trị tủy). Trong ngành

công nghiệp dầu khí, xylene cũng là một thành phần thường xuyên của các dung

môi dầu hỏa, được sử dụng khi các ống trở nên cồng kềnh với sáp paraffin.Các

nước sản xuất là Mỹ,Tây Âu,Trung Quốc đặc biệt là Singapo nơi có nhà máy

sản xuất lớn nhất thế giới đặt làm cơ sở sản xuất sản xuất và cung ứng trên toàn

cầu.



34



PHẦN HAI. CÂN BẰNG VẬT LIỆU

1. Các phản ứng

1.1 Phản ứng chính

C6H4(CH3)2



+



3O2







C6H4(CO)2O



(1)

35



+



3H2O