Nghiên cứu triển khai công nghệ sản xuất formalin

môc lôc Trang PhÇn më ®Çu 5 PhÇn I : Tæng quan lý thuyÕt 7 Ch­¬ng I : Giíi thiÖu chung vÒ nguyªn liÖu vµ s¶n phÈm cña qu¸ tr×nh s¶n xuÊt formaldehit . 7 I. C¸c tÝnh chÊt cña nguyªn liÖu. 7 A. OXI 7 TÝnh chÊt vËt lÝ 7 TÝnh chÊt ho¸ häc 8 øng dông cña oxi 10 B. Metanol 10 1. Giíi thiÖu chung 10 TÝnh chÊt vËt lÝ 10 TÝnh chÊt ho¸ häc 11 Tiªu chuÈn nguyªn liÖu ®Ó s¶n xuÊt formalin trªn xóc t¸c oxit 12 øng dông cña metanol 13 C¸c tÝnh chÊt cña formaldehit 14 TÝnh chÊt vËt lÝ 15 TÝnh chÊt hãa häc 18 ChØ tiªu formalin th­¬ng phÈm 21 øng dông cña formalin 22 ch­¬ng ii: c¸c ph­¬ng ph¸p c«ng nghÖ s¶n xuÊt Formalin 23 S¶n xuÊt formaldehit b»ng c¸ch oxi ho¸ trùc tiÕp metan, hydrocacbon cao 24 Ph­¬ng ph¸p oxi ho¸ trùc tiÕp metan 24 Ph­¬ng ph¸p oxi ho¸ hydrocacbon cao 24 3. Qu¸ tr×nh s¶n xuÊt formaldehit b»ng ph­¬ng ph¸p dehydro ho¸ vµ oxy ho¸ ®ång thêi metanol 26 Qu¸ tr×nh s¶n xuÊt formalin tõ oxi ho¸ metanol 27 HÖ xóc t¸c kim lo¹i vµ qu¸ tr×nh s¶n xuÊt formalin dïng xóc t¸c b¹c 30 a. C«ng nghÖ s¶n xuÊt formalin theo c«ng nghÖ BASF 30 b. C«ng nghª chuyÓn ho¸ kh«ng hoµn toµn vµ ch­ng thu håi metanol C«ng nghÖ s¶n xuÊt formalin dïng xóc t¸c oxit 35 a. S¬ ®å d©y chuyÒn s¶n xuÊt formalin theo ph­¬ng ph¸p Formox 37 b. C«ng nghÖ s¶n xuÊt formalin cña viÖn nghiªn cøu N«voxibiÕc 39 c. C«ng nghÖ Haldor Topsoe A/S vµ Nippon chemical Co.Ltd s¶n xuÊt dung dÞhc formaldehit (AF) hay Ure formaldehit (UFC) 41 So s¸nh kinh tÕ vµ lùa chän ph­¬ng ph¸p c«ng nghÖ thÝch hîp cho d©y chuyÒn s¶n xuÊt formalin 106000 tÊn/n¨m 42 1. So s¸nh c¸c qu¸ tr×nh 42 2. Lùa chän s¬ ®å c«ng nghÖ 44 S¬ ®å d©y chuyÒn c«ng nghÖ s¶n xuÊt formalin trªn xóc t¸c oxit Fe-Mo n¨ng suÊt 106.000 tÊn/n¨m 45 Giíi thiÖu thiÕt bÞ chÝnh trong d©y chuyÒn c«ng nghÖ s¶n xuÊt formalin dïng xóc t¸c oxit 46 §éng häc vµ c¬ chÕ ph¶n øng oxi ho¸ metanol trªn xóc t¸c oxit c«ng nghiÖp. …………………………………………………… 48 ch­¬ngIII : C¸c ph­¬ng ph¸p chÕ t¹o xóCt¸c oxiT c«ng nghiÖp……………………………………………….. ……. 52 1. ph­¬ng ph¸p kÕt tña ………………………………………………….. 52 2. Ph­¬ng ph¸p trén dung dÞch sau ®ã c« ®Æc …………………………… 52 3. Ph­¬ng ph¸p tÈm………………………………………………………..52 4. Ph­¬ng ph¸p trén kh«…………………………………………………. 52 phÇn ii: tÝnh to¸n c«ng nghÖ thiÕt kÕ ph©n x­ëng s¶n xuÊt formaldehit trªn xóc t¸c oxit n¨ng suÊt 106.000 tÊn/n¨M 53 i. c¸c sè liÖu 53 II. C©n b»ng vËt chÊt 53 C©n b»ng vËt chÊt cho toµn ph©n x­ëng 56 C©n b»ng vËt chÊt cho tõng thiÕt bÞ 57 a. TÝnh c©n b»ng vËt chÊt cho thiÕt bÞ ph¶n øng 57 b. TÝnh c©n b»ng vËt chÊt cho th¸p hÊp thô s¶n phÈm 58 c. TÝnh c©n b»ng vËt chÊt cho thiÕt bÞ ®un nãng kh«ng khÝ 60 d. TÝnh c©n b»ng vËt chÊt cho thiÕt bÞ bay h¬i metanol III. TÝnh c©n b»ng nhiÖt l­îng 61 1. TÝnh c©n b»ng nhiÖt l­îng cho thiÕt bÞ bay h¬i metanol 61 2. TÝnh c©n b»ng nhiÖt l­îng cho thiÕt bÞ ph¶n øng 67 3. TÝnh c©n b»ng nhiÖt l­îng cho thiÕt bÞ ®un nãng kh«ng khÝ 70 4. TÝnh c©n b»ng nhiÖt l­îng cho thiÕt bÞ hÊp thô s¶n phÈm 71 IV.TÝNH THIÕT BÞ PH¶N øNG. 78 1. tÝnh ®­êng kÝnh cña thiÕt bÞ ph¶n øng 79 2. tÝnh ®­êng kÝnh èng dÉn nguyªn liÖu vµo 80 3. TÝnh ®­êng kÝnh èng dÉn s¶n phÈm ra 81 4. TÝnh ®¸y vµ n¾p 83 5. TÝnh chiÒu cao cña thiÕt bÞ 83 6. TÝnh l­îng xóc t¸c cÇn n¹p 84 7. TÝnh chiÒu dµy thiÕt bÞ 84 PHÇN III. THIÕT KÕ X¢Y DùNG 87 i. chän ®Þa ®iÓm x©y dùng 87 1. VÒ quy ho¹ch 87 2. VÒ ®iÒu kiÖn tæ chøc s¶n xuÊt 87 3. VÒ ®iÒu kiÖn h¹ tÇng kû thuËt 87 4. VÒ ®iÒu kiÖn x©y l¾p nhµ x­ëng 88 5. C¸c yªu cÇu vÒ ®Þa h×nh x©y dùng 88 6. C¸c yªu cÇu vÒ m«i tr­êng vµ vÖ sinh c«ng nghiÖp 88 II. gi¶i ph¸p thiÕt kÕ x©y dùng 89 1. Yªu cÇu tæng thÓ mÆt b»ng 89 2. Nguyªn t¾c thiÕt kÕ tæng mÆt b»ng nhµ m¸y 90 3. C¸c h¹ng môc c«ng tr×nh trong ph©n x­ëng s¶n xuÊt formalin 91 4. MÆt b»ng nhµ m¸y 93 5. MÆt c¾t nhµ m¸y 94 phÇn IV. An toµn lao ®éng vµ m«i tr­êng 95 I. An toµn lao ®éng 95 1. Môc ®Ých 95 2. C«ng t¸c an toµn lao ®éng 95 3. C«ng t¸c vÖ sinh trong lao ®éng 96 4. Yªu cÇu vÒ chiÕu s¸ng tù nhiªn 97 5. C¸c biÖn ph¸p chiÕu s¸ng tù nhiªn 97 II. M«i tr­êng 97 PhÇnv: tÝnh to¸n kinh tÕ 99 I. Môc ®Ých vµ nhiÖm vô cña tÝnh to¸n kinh tÕ 99 II. Néi dung tÝnh to¸n kinh tÕ 99 1. ChÕ ®é lµm viÖc cña ph©n x­ëng 99 2. Nhu cÇu vÒ nguyªn vËt liÖu vµ n¨ng l­îng 99 3. Vèn ®Çu t­ cè ®Þnh 101 4. Nhu cÇu vÒ lao ®éng 103 5. Quü l­¬ng c«ng nh©n lµm viÖc trong ph©n x­ëng 103 6. TÝnh khÊu hao 104 7. C¸c chi phÝ kh¸c 105 8. X¸c ®Þnh kÕt qu¶ 106 9. Lîi nhuËn 106 10. §¸nh gi¸ kÕt qu¶ 106 KÕt luËn 108 Tµi liÖu tham kh¶o 109 PhÇn më ®Çu Formaldehit lµ mét trong nh÷ng hîp chÊt h÷u c¬ trung gian quan träng, cung cÊp cho c¸c ngµnh s¶n xuÊt c«ng nghiÖp vµ s¶n xuÊt hµnh tiªu dïng th­¬ng phÈm. Formaldehit hoµ tan trong n­íc 37445% ®­îc gäi lµ dung dÞch formalin. Formalin lµ mét trong nh÷n b¸n thµnh phÈm quan träng hµnh ®Çu cña c«ng nghiÖp tæng hîp h÷u c¬. Formaldehit ®­îc t×m ra vµo n¨m 1859 khi Butlerov thuû ph©n metylen axetat, ®Õn n¨m 1867, Hofman ®· ®iÒu chÕ ®­îc formaldehit tõ hçn hîp metanol h¬i vµ kh«ng khÝ víi sùc cã mÆt cña xóc t¸c platin.Sau ®ã n¨m 1882, Kekule ®iÒu chÕ ®­îc formaldehit nguyªn chÊt. N¨m 1886 Loew thay thÕ xóc t¸c d¹ng sîi xo¾n platin b»ng xóc t¸c l­íi ®ång cã hiÖu qu¶ h¬n, mét c«ng ty cña §øc b¾t ®Çu ®i vµo s¶n xuÊt vµ n¨m 1889, s¶n xuÊt th­¬ng m¹i cña formaldehyde ®­îc b¾t ®Çu. N¨m 1905 Badische Anilin vµ Soda Fabrik b¾t ®Çu s¶n xuÊt formaldehit bëi qu¸ tr×nh liªn tôc, sö dông xóc t¸c Ag tinh thÓ. S¶n l­îng formaldehit lµ 30 kg/ngµy d­íi d¹ng dung dÞch n­íc 30% khèi l­îng. Metanol cÇn thiÕt ®èi víi qu¸ tr×nh s¶n xuÊt formaldehit ®­îc thu håi tõ ngµnh c«ng nghiÖp gç nhê qu¸ tr×nh nhiÖt ph©n. Nh­ng ®Õn n¨m 1910 víi ph¸t minh cña Hugo Blank lµ thay thÕ xóc t¸c platin b»ng xóc t¸c b¹c, ®· më ra b­íc ngoÆt cho qu¸ tr×nh s¶n xuÊt formaldehit trªn qui m« c«ng nghiÖp [20-619,620]. Sù ph¸t triÓn cña viÖc tæng hîp metanol d­íi ¸p suÊt cao do Badische Anilin vµ Soda Fabrik n¨m 1925, cho phÐp qu¸ tr×nh s¶n xuÊt formaldehit trªn ph¹m vi c«ng nghiÖp víi quy m« réng lín. [16] N¨m 1925, formaldehit th­¬ng phÈm xuÊt hiÖn trªn thÞ tr­êng, ®Õn nh÷ng n¨m 50 cña thÕ kØ nµy, c«ng nghiÖp s¶n xuÊt formaldehit dùa trªn c¬ së xóc t¸c oxit kim lo¹i (hçn hîp oxit Fe-Mo-O) tá ra chiÕm ­a thÕ vÒ ®é chän läc vµ møc ®é chuyÓn ho¸ so víi c«ng nghÖ dïng xóc t¸c b¹c. §Õn nay, tæng s¶n l­îng formalin (37%) cña thÕ giíi kho¶ng 10 triÖu tÊn/n¨m nhu cÇu formalin t¨ng hµng n¨m tõ 5410%. Formalin ®­îc øng dông rÊt réng r·i trong nhiÒu lÜnh vùc c«ng nghiÖp s¶n xuÊt kh¸c nhau cña nÒn kinh tÕ quèc d©n ë c¸c n­íc trªn thÕ giíi còng nh­ ë n­íc ta. Nh÷ng vÊn ®Ò vÒ khoa häc vµ kÜ thuËt cã liªn quan ®Õn s¶n xuÊt formalin nh­ xóc t¸c, thiÕt bÞ vµ c«ng nghÖ s¶n xuÊt ®­îc nhiÒu nhµ khoa häc quan t©m nghiªn cøu hoµn thiÖn ®¶m b¶o ®¸p øng vÒ sè l­îng còng nh­ chÊt l­îng s¶n phÈm cho nhiÒu nghµnh c«ng nghiÖp. ë n­íc ta, hµng n¨m vÉn nhËp formalin ®Ó s¶n xuÊt c¸c polime( ure phenol, melamin-formaldehit ), gç d¸n, cãt Ðp, tÊm lîp, vËt liÖu c¸ch ®iÖn, s¶n xuÊt chÊt m¹ bãng niken 1,4-butindiol, nhùa bakelit ®Ó chÕ t¹o s¬n, s¶n xuÊt c¸c chÊt trî nhuém cho ngµnh dÖt, lµm chÊt x¸c trïng trong ch¨n nu«i, ­íp s¸t, tÈy mïi trong ngµnh y tÕ, thuéc da trong ngµnh c«ng nghiÖp giµy da…c¸c nhu cÇu nµy ®ang ngµy cµng t¨ng vµ më réng. Trong khi ®ã, viÖc nhËp formalin tõ n­íc ngoµi vµo l¹i gÆp nhiÒu khã kh¨n, h¬n n÷a l¹i kh«ng kinh tÕ b»ng s¶n xuÊt trong n­íc (trªn thùc tÕ nhËp formalin ë d¹ng dung dÞch mét n÷a lµ n­íc). MÆt kh¸c, n­íc ta cã nguån nguyªn liÖu dåi dµo ®Ó s¶n xuÊt formalin tõ c¸c má khÝ thiªn nhiªn vµ khÝ dÇu má.[2-7] Do ®ã vÊn ®Ò nghiªn cøu triÓn khai c«ng nghÖ s¶n xuÊt formalin trong n­íc lµ rÊt cÇn thiÕt. Mét mÆt cã thÓ t¹o s¶n phÈm ®¸p øng mét phÇn nhu cÇu tr­íc m¾t còng nh­ l©u dµi, gi¶m bíi chi phÝ ngo¹i tÖ m¹nh vµ ®¶m b¶o cã hiÖu qu¶ kinh tÕ. MÆt kh¸c, viÖc t×m kiÕm nh÷ng gi¶i ph¸p c«ng nghÖ vµ thiÕt bÞ, lùa chän nh÷ng ph­¬ng s¸ch phï hîp, nh»m ®¶m b¶o c¸c yªu cÇu kÜ thuËt vÒ c«ng nghÖ t­¬ng øng víi ®iÒu kiÖn ViÖt Nam sÏ lµ nh÷ng ®ãng gãp rÊt cã ý nghÜa trong viÖc tõng b­íc h×nh thµnh ngµnh c«ng nghiÖp ho¸ chÊt tæng hîp h÷u c¬ vµ lÜnh vùc c«ng nghiÖp ho¸ chÊt ë n­íc ta. PhÇn I : tæng quan lý thuyÕt Ch­¬ng I : Giíi thiÖu chung vÒ nguyªn liÖu vµ s¶n phÈm CñA QU¸ TR×NH S¶N XUÊT FORMANLIN C¸c tÝnh chÊt cña nguyªn liÖu Oxi : KÝ hiÖu ho¸ häc: O2 Khèi l­îng nguyªn tö:16 Sè thø tù:8, thuéc chu k× 2 vµ nhãm VIA trong b¶ng tuÇn hoµn. CÊu h×nh electron:1s22s22p4. C«ng thøc ph©n tö: O2. Trong tù nhiªn, oxi cã 3 ®ång vÞ: 816O(99,76%),817O(0,04%) vµ 818O(0,2%). Lµ nguyªn tè cña chu k× 2, nguyªn tö oxi cã xu h­íng hoµn thµnh cÊu h×nh 8 electron cña khÝ hiÕm b»ng c¸ch kÕt hîp thªm hai electron t¹o thµnh O2 (DH0=656 kj/mol) hoÆc b»ng c¸ch t¹o nªn hai liªn kÕt céng ho¸ trÞ (vÝ dô nh­ R2OR) hay mét liªn kÕt ®«i (nh­ O=C=O). Nguyªn tè oxi cã hai d¹ng thï h×nh tån t¹i ë tr¹ng th¸i tù do lµ dioxi O2, vµ oxi trioxi O3 th­êng gäi lµ oz«n. TÝnh chÊt vËt lÝ. Ph©n tö O2 ë tr¹ng th¸i khÝ, láng vµ r¾n ®Òu cã tÝnh thuËn tõ. Tõ tÝnh ®ã cho thÊy trong ph©n tö oxi cã ®éc th©n. Trong ph©n tö cã mét liªn kÕt hai electron vµ hai liªn kÕt ®Æc biÖt, mçi liªn kÕt gåm 3 electron. Liªn kÕt O2O cã n¨ng l­îng lµ 949kj/mol, ®é dµi lµ 1,21A0. Ph©n tö O2 kh¸ bÒn, chØ b¾t ®Çu ph©n huû thµnh nguyªn tö ë nhiÖt ®é 20000C. Oxi lµ chÊt khÝ kh«ng mµu, kh«ng mïi, kh«ng vÞ, nÆng h¬n kh«ng khÝ mét Ýt (1 oxi nÆng 1,43g) vµ tan trong n­íc (ë 200C, mét lÝt n­íc chØ hoµn tan 31ml oxi) nh­ng tan nhiÒu trong mét sè dung m«i h÷u c¬. §é tan cña oxi trong n­íc gi¶m xuèng khi nhiÖt ®é t¨ng lªn. V× Ýt tan trong n­íc nªn cã thÓ thu khÝ oxi b»ng c¸ch cho oxi léi qua n­íc. KhÝ oxi cã thÓ tan trong mét sè kim lo¹i nãng ch¶y vµ ®é tan cña oxi ë trong kim lo¹i nãng ch¶y còng gi¶m xuèng khi nhiÖt ®é t¨ng lªn. VÝ dô ë 9730C, mét thÓ tÝch b¹c hoµ tan 2,4 thÓ tÝch oxi ë ¸p suÊt th­êng vµ ë 10800C, hoµ tan 20 thÓ tÝch. Nh­ vËy, ®é hoµ tan cña oxi trong kim lo¹i nãng ch¶y lín h¬n rÊt nhiÒu so víi n­íc (20.000ml/31ml). Khi kim lo¹i ho¸ r¾n, khÝ oxi ®· tan ë trong ®ã sÏ tho¸t ra nhanh chãng, cho nªn nh÷ng kim lo¹i khi ®Ó nguéi nhanh chãng ë ngoµi kh«ng khÝ th­êng bÞ rç trªn bÒ mÆt.Oxi láng cã mµu xanh da trêi. ë tr¹ng th¸i láng mét phÇn c¸c ph©n tö dioxi O2 kÕt hîp l¹i thµnh nh÷ng ph©n tö tetraoxi O4, nhiÖt ®é t¹o thµnh cña O4 rÊt bÐ(0,54 kj/mol) kh«ng phï hîp víi kiÕn tróc ®èi xøng. O O O O B¶ng 1: Mét sè tÝnh chÊt vËt lý cña oxi [8]. Tªn H»ng sè Khèi l­îng nguyªn tö Khèi l­îng ph©n tö ThÓ tÝch riªng (1,1oC; 101,3 KPa) NhiÖt ®é s«i (101,3 KPa) NhiÖt ®é nãng ch¶y(101,3KPa) §iÓm ba NhiÖt ®é ¸p suÊt Tû träng khÝ(21,10C;101,3KPa) Tû träng t­¬ng ®èi(21,10C;101,3KPa Tû träng láng(-182,960C) Tû träng khÝ(-182,960C) NhiÖt ®é tíi h¹n ¸p suÊt tíi h¹n Tû träng tíi h¹n Èn nhiÖt bay h¬i(-182,960C) Èn nhiÖt nãng ch¶y(-218,780C) Tû nhiÖt khÝ(21,10C;101,3KPa) Cp Ci §é nhít cña khÝ (25oC,101KPa) §é nhít cña láng(-173,30C) §é dÉn ®iÖn riªng KhÝ (25oC,101KPa) Láng(-173,30C) 15,9994 31,9988 0,754m3/kg -182,96 oC -218,78oC -218,78oC 0,148 kPa 1,326 kg/m3 1,105 1141 kg/m3 4,483 kg/m3 -118,57 oC 5043 kPa 436,1 kg/m3 213kj/kg 13,86 kj/kg 0,9191 kj.kg-1.K-1 0,6578 kj.kg-1.K-1 20,8310-3Pas 156310-3Pas 26,610310-3Wm-1.K 192,9 310-3Wm-1.K TÝnh chÊt ho¸ häc. Oxi lµ mét phi kim lo¹i ho¹t ®éng, ®é ©m ®iÖn cña nã lín (D=3,5 ) chØ kÐm flo nªn trong tÊt c¶ c¸c d¹ng hîp chÊt, trõ hîp chÊt víi flo, oxi ®Òu thÓ hiÖn sè oxi ho¸ -2. Oxi t¹o ra oxit víi hÇu hÕt c¸c nguyªn tè trõ halogen, khÝ hiÕm, vµng vµ phi kim lo¹i hä platin. Tèc ®é ph¶n øng cña oxi víi c¸c nguyªn tè phô thuéc vµo b¶n chÊt cña nguyªn tè, nhiÖt ®é vµ mét sè ®iÒu kiÖn kh¸c n÷a. T¸c dông víi kim lo¹i: Nã ph¶n øng trùc tiÕp víi tÊt c¶ c¸c kim lo¹i trõ vµng vµ b¹ch kim. Nh÷ng kim lo¹i ho¹t ®éng nh­ kim lo¹i kiÒm, Ca, Sr vµ Ba t¸c dông nhanh chãng víi oxi t¹o thµnh oxit. 2Ca + O2 = 2CaO 4Na + O2 = 2Na2O Mét sè kim lo¹i nh­ Al khi t¸c dông víi oxi bÞ bao bäc nhanh bëi mµng oxit bÒn ng¨n c¶n kim lo¹i t¸c dông. 4Al + 3O2 = 2Al2O3 NÕu m¹ng oxi kh«ng b¶o vÖ ®­îc kim lo¹i, nh­ trong tr­êng hîp s¾t, s¾t tiÕp tôc t¸c dông víi oxi t¹o thµnh oxit.Khi ®èt ch¸y s¾t trong oxi, ph¶n øng t¹o nªn oxit s¾t tõ Fe3O4. T¸c dông víi phi kim: Oxi t¸c dông víi photpho ë 600C, víi l­u huúnh ë 2500C, víi hidro ë 3000C,víi cacbon(than) ë 70048000C vµ víi nit¬ ë 20000C, t¹o nªn oxit céng ho¸ trÞ: S + O2 = SO2 4P + 5O2=P2O5 2H2+ O2 =2H20 C + O2 =CO2 N2 + O2 =2NO Chó ý: Hçn hîp khÝ gåm hai thÓ tÝch khÝ H2 vµ mét thÓ tÝch khÝ O2 ®­îc gäi lµ hçn hîp næ. T¸c dông víi hîp chÊt: NhiÒu hîp chÊt ch¸y trong khÝ oxi d­ t¹o nªn oxit cña c¸c nguyªn tè cã trong hîp chÊt ®ã. Nh­ khÝ H2S, khÝ CH4, r­îu etylic C2H5OH vµ pirit FeS2 ch¸y theo c¸c ph¶n øng sau: 2H2S + 3O2 = 2SO2 + 2H20 CH4 + 2O2 = CO2 + 2H20 C2H5OH + 3O2 = 2CO2 + 3H20 4FeS2 + 9O2 = 2Fe2SO3 + 6SO2 TÊt c¶ c¸c ph¶n øng trªn x¶y ra ph¸t nhiÖt, ph¶n øng víi oxi tinh khiÕt lu«n x¶y ra m¹nh so víi kh«ng khÝ v× oxi tinh khiÕt cã nång ®é O2 lín h¬n kh«ng khÝ. Bëi vËy que diªm ch¸y dë cßn mét chÊm ®á sÏ ch¸y s¸ng khi ®­a vµo oxi tinh khiÕt, ®©y lµ ph­¬ng ph¸p nhËn biÕt oxi. Nh÷ng qu¸ tr×nh khi x¶y ra ph¸t nhiÖt vµ ¸nh s¸ng ®­îc gäi lµ qu¸ tr×nh ch¸y. Còng cã nh÷ng ph¶n øng oxi ho¸-khö khi x¶y ra ph¸t nhiÖt nh­ng kh«ng ph¸t s¸ng, nh­ qu¸ tr×nh h« hÊp, sù thèi r÷a cña thùc vËt vµ ®éng vËt sau khi chÕt,… Nh÷ng ph¶n øng mµ oxi tham gia ®Òu lµ oxi ho¸-khö, trong ®ã oxi lµ chÊt oxi ho¸: O2 + 4e = 2O-2 øng dông cña oxi. Oxi cã vai trß rÊt ®Æc biÖt ®èi víi sù sèng, mçi ngµy mçi ng­êi hÝt thë 20430m3 kh«ng khÝ. Oxi tinh khiÕt ®­îc dïng trong y häc víi môc ®Ých t¨ng oxi cho h« hÊp. Trong c«ng nghiÖp ho¸ häc, oxi ®­îc dïng trong s¶n xuÊt axit nitric, axit sunfuric dïng ®Ó ®èt quÆng trong tæng hîp h÷u c¬. Trong c«ng nghiÖp, oxi chñ yÕu ®­îc sö dông cïng víi hidro vµ nhÊt lµ víi axetilen trong viÖc t¹o nhiÖt ®é cao ®Ó hµn vµ c¾t kim lo¹i. §Ìn x× hidro-oxi cã nhiÖt ®é 25000C vµ ®Ìn x× axetylen-oxi cã nhiÖt ®é 30000C, ngµnh luyÖn kim tiªu thô trªn 60% l­îng oxi dïng trong c«ng nghiÖp. Ngµy nay, oxi ®­îc sö dông ngµy cµng nhiÒu ®Ó cho thªm vµo kh«ng khÝ thæi vµo c¸c lß luyÖn gang. Oxi láng cã thÓ trén víi r¬m thµnh thuèc næ ®Ó ph¸ má vµ dïng lµm chÊt oxi ho¸ nhiªn liÖu tªn löa. B. METANOL : 1. Giíi thiÖu chung [8]. Metanol cßn gäi lµ methyl acohol hoÆc r­îu gç, cã c«ng thøc hãa häc lµ CH3OH, khèi l­îng ph©n tö 32,042. N¨m 1661 lÇn ®Çu tiªn Robert Boyle ®· thu ®­îc metanol sau khi tinh chÕ gç giÊm b»ng s÷a v«i. Sau ®ã vµo n¨m 1857 Berthelot còng ®· tæng hîp ®­îc metanol b»ng c¸ch xµ phßng hãa methyl chloride. Trong kho¶ng tõ 1830 - 1923 chØ cã nguån quan träng nhÊt ®Ó s¶n xuÊt metanol tõ giÊm gç thu ®­îc khi ch­ng kh« gç. Tíi ®Çu nh÷ng n¨m 1913, metanol ®· ®­îc s¶n xuÊt b»ng ph­¬ng ph¸p tæng hîp tõ CO vµ H2. §Õn ®Çu nh÷ng n¨m 1920, M.Pier vµ c¸c ®ång nghiÖp cña h·ng BASF dùa trªn sù ph¸t triÓn cña hÖ xóc t¸c ZnO - Cr2O3 ®· tiÕn mét b­íc ®¸ng kÓ trong viÖc s¶n xuÊt metanol víi quy m« lín trong c«ng nghiÖp. Vµo cuèi n¨m 1923 qu¸ tr×nh nµy ®­îc thùc hiÖn ë ¸p suÊt cao (25¸35 MPa, To = 320 ¸ 450oC), chóng ®­îc sö dông trong c«ng nghiÖp s¶n xuÊt metanol h¬n 40 n¨m. Tuy nhiªn vµo nh÷ng n¨m 1960 ICI ®· ph¸t triÓn mét h­íng tæng hîp metanol ë ¸p xuÊt thÊp (5¸10 Mpa, To = 200 ¸ 300oC) trªn xóc t¸c CuO víi ®é chän läc cao. HiÖn nay, metanol ®­îc s¶n xuÊt nhiÒu h¬n trªn thÕ giíi b»ng ph­¬ng ph¸p tæng hîp ¸p suÊt thÊp cßn ph­¬ng ph¸p ch­ng tõ giÊm gç chØ chiÕm kho¶ng 0,003% tæng l­îng metanol s¶n xuÊt ®­îc. 2.TÝnh chÊt vËt lÝ [20]. Metanol lµ chÊt láng kh«ng mµu, trung tÝnh, cã tÝnh ph©n cùc, tan trong H2O, benzen, r­îu, este vµ hÇu hÕt c¸c dung m«i h÷u c¬. Metanol cã kh¶ n¨ng hßa tan nhiÒu lo¹i nhùa nh­ng Ýt tan trong c¸c lo¹i chÊt bÐo, dÇu. Do cã tÝnh ph©n cùc nªn tan ®­îc trong mét sè chÊt v« c¬. Metanol dÔ t¹o hçn hîp ch¸y næ víi kh«ng khÝ (7¸34%), rÊt ®éc cho søc khoÎ con ng­êi, víi l­îng 10ml trë lªn cã thÓ g©y tö vong. B¶ng 2: Mét sè h»ng sè vËt lý quan träng cña metanol. Tªn H»ng sè NhiÖt ®é s«i (101,3 KPa). NhiÖt ®é ®ãng r¾n. Tû träng chÊt láng (OoC; 101,3 KPa). Tû träng chÊt láng (25oC; 101,3 KPa). NhiÖt ®é bèc ch¸y. ¸p suÊt tíi h¹n. NhiÖt ®é tíi h¹n. Tû träng tíi h¹n. ThÓ tÝch tíi h¹n. HÖ sè nÐn tíi h¹n. NhiÖt ®é nãng ch¶y. NhiÖt hãa h¬i. NhiÖt dung riªng cña khÝ (25oC; 101,3 KPa). NhiÖt dung riªng cña láng (25oC; 101,3 KPa) §é nhít cña láng (25oC). §é nhít cña khÝ (25oC). HÖ sè dÉn ®iÖn (25oC). Søc c¨ng bÒ mÆt trong kh«ng khÝ (25oC). Entanpi tiªu chuÈn (khÝ 25oC; 101,3 KPa). Entanpi tiªu chuÈn (láng 25oC; 101,3 KPa). Entnopi tiªu chuÈn (khÝ 25oC; 101,3 KPa). Entnopi tiªu chuÈn (láng 25oC; 101,3 KPa). HÖ sè dÉn nhiÖt láng (25oC). HÖ sè dÉn nhiÖt h¬i (25oC). Giíi h¹n næ trong kh«ng khÝ. 64,7oC - 97,68oC 0,81000 g/cm2 0,78664 g/cm2 470oC 8,097 MPa 239,49oC 0,2715 g/cm3 117,9 cm3/mol 0,224 100,3 KJ/kg 1128,8 KJ/kg 44,06 J.mol-1.K1 84,08 J.mol-1 K-1 0,5513 m Pas 9,6.10-3 m Pas (2-7).10-9 W-1.Cm-1 22,10 m N/m - 200, 94 KJ/mol - 238,91 KJ/mol 239,88 J mol-1 K-1 127,27 J mol-1 K-1 190,16 m Wm-1 K-1 14,97 m Wm-1 K-1 5,5 - 44% V 3. TÝnh chÊt ho¸ häc [20]. Metanol lµ hîp chÊt ®¬n gi¶n ®Çu tiªn trong d·y ®ång ®¼ng c¸c r­îu no ®¬n chøc, hãa tÝnh cña nã ®­îc quyÕt ®Þnh bëi nhãm -OH. C¸c ph¶n øng cña metanol ®i theo h­íng ®øt liªn kÕt C-O hoÆc OH vµ ®­îc ®Æc tr­ng bëi sù thay thÕ nguyªn tö H hay nhãm OH trong ph©n tö . Mét sè ph¶n øng ®Æc tr­ng: t0, xóc t¸c 3.1) Ph¶n øng hydro ho¸ [16]. CH30H + H2 CH4 + H2O 3.2) Ph¶n øng t¸ch H2O:1400C H2SO4 ®Æc 2CH3OH + H2 CH3 - O - CH3 + H2O 3.3) Ph¶n øng oxy hãa. to, xt Khi oxy hãa metanol trªn xóc t¸c kim lo¹i (Ag, Pt, Cu,O2) hay xóc t¸c oxit (Fe, Mo,O2) hoÆc hçn hîp c¸c oxit (V-Mo, Fe–Mo,Ti - Mo) trong ®iÒu kiÖn thÝch hîp ta thu ®­îc formaldehit vµ c¸c s¶n phÈm phô : CH3OH + 1/2 O2 HCHO + H2O + Q, DH = -159 Kj/mol to, xt NÕu oxy hãa s©u h¬n sÏ t¹o ra axit formic: CH3OH + O2 HCOOH + H2O to, xt to, xt NÕu oxy hãa hoµn toµn thu ®­îc CO, CO2 vµ H2O: CH3OH + 1/2 O2 CO + H2O CH3OH + O2 CO2 + H2O 3.4) Ph¶n øng dehydro hãa Khi tham gia ph¶n øng dehydro hãa sÏ t¹o thµnh s¶n phÈm lµ HCHO CH3OH CH2O + H2 [16] 4. ChØ tiªu nguyªn liÖu metanol ®Ó s¶n xuÊt formaldehit [2 - 46]. Nguyªn liÖu bao gåm: n­íc mÒm, metanol kü thuËt vµ kh«ng khÝ s¹ch. 4.1) N­íc: Tr­íc khi sö dông ph¶i ®­îc lµm s¹ch t¹p chÊt vµ lµm mÒm. 4.2) Metanol kü thuËt: - NhiÖt ®é s«i khi ch­ng cÊt (760 mm Hg) : 64 - 64,7oC . - Hµm l­îng riªng : 0,791 - 0,792 g/cm3 . - Hµm l­îng H2O : £ 0,1% . - Hµm l­îng CH3OH : 99 ¸ 99,5% . - Hµm l­îng axÝt : £ 0,003%. - Hµm l­îng tæng andehyde vµ xeton : £ 0,008%. - Hµm l­îng l­u huúnh : 0,002%. 4.3) Kh«ng khÝ: Tr­íc khi ®­a vµo thiÕt bÞ ph¶i ®­îc lµm s¹ch t¹p chÊt cã thÓ g©y ngé ®éc xóc t¸c. B¶ng 3: Mét sè chØ tiªu quan träng cña metanol [19]. Thµnh phÇn Quy ®Þnh Hµm l­îng metanol > 99,85% Tû träng d204 0,7928 g/cm3 Kho¶ng nhiÖt ®éi s«i cùc ®¹i 1oC Hµm l­îng aceton vµ acetandehyt < 0,003 W/t Hµm l­îng etanol < 0,001% Hµm l­îng hîp chÊt bay h¬i cña s¾t (tÝnh theo s¾t) < 2.10-6 g/l Hµm l­îng l­u huúnh < 0,0001% Hµm l­îng clo <0,0001% pH 7,0 Thêi gian khö mµu tèi thiÓu (kiÓm tra KMnO4) 30 phót 5. øng dông [20]. Metanol lµ mét trong nh÷ng nguyªn liÖu vµ dung m«i quan träng nhÊt cho c«ng nghiÖp tæng hîp hãa häc. Metanol cßn ®­îc coi lµ nhiªn liÖu lý t­ëng trong lÜnh vùc n¨ng l­îng v× ch¸y hoµn toµn vµ kh«ng g©y « nhiÔm m«i tr­êng. 5.1) Sö dông lµm nguyªn liÖu cho tæng hîp hãa häc: HiÖn nay kho¶ng 70% s¶n l­îng metanol trªn toµn thÕ giíi ®­îc sö dông trong tæng hîp hãa häc ®Ó s¶n xuÊt c¸c hîp chÊt quan träng nh­: Formaldehit, demetyltere phtalat, MTBE, axit axªtÝc, metyl metcrylat, chØ mét l­îng nhá dïng lµm nhiªn liÖu. Formaldehit lµ s¶n phÈm quan träng nhÊt, tæng hîp tõ metanol. Kho¶ng 40% metanol trªn thÕ giíi ®­îc dïng ®Ó tæng hîp formaldehit víi tû lÖ gia t¨ng ®¹t 30%. C¸c ph­¬ng ph¸p tiÕn hµnh ®Òu dùa trªn qu¸ tr×nh oxyho¸ metanol b»ng kh«ng khÝ. Chóng chØ kh¸c nhau chñ yÕu lµ nhiÖt ®é vµ b¶n chÊt cña xóc t¸c sö dông. Metyl tert - butyl ete (MTBE): lµ s¶n phÇm ®­îc tæng hîp b»ng ph¶n øng gi÷a metanol vµ isobuten trªn axit trao ®æi ion. L­îng metanol sö dông cho môc ®Ých nµy cµng ngµy cµng t¨ng trong lÜnh vùc nhiªn liÖu. Hîp chÊt nµy pha vµo x¨ng lµm t¨ng trÞ sè octan vµ trë nªn ®Æc biÖt quan träng, khi ng­êi ta nhËn thøc ®­îc sù ®éc h¹i cña c¸c cÊu tö hydrocacbon th¬m cã trÞ sè octan cao vµ ®ßi hái lo¹i trõ ch× cã trong x¨ng, tèc ®é t¨ng tr­ëng MTBE s¶n xuÊt tõ metanol hµng n¨m ®¹t 12%. Axit axetic: axit axetic ®­îc s¶n xuÊt b»ng qu¸ tr×nh cacbonyl hãa metanol cïng víi sù cã mÆt cña CO trong pha láng vµ xóc t¸c ®ång thÓ Co - I, Rhodi - I hoÆc Ni - I. Ph­¬ng ph¸p BASF cæ ®iÓn tiÕn hµnh ë 65 MPa, trong khi c¸c ph­¬ng ph¸p hiÖn ®¹i (vÝ dô: Monsauto tiÕn hµnh ë 5 MPa). B»ng c¸ch thay ®æi c¸c ®iÒu kiÖn qu¸ tr×nh mµ ta cã thÓ thu ®­îc c¶ alhydric axetic hoÆc metyl axetat. Kho¶ng 9% l­îng metanol trªn thÕ giíi ®­îc dïng ®Ó s¶n xuÊt axit axªtic víi møc ®é gia t¨ng hµng n¨m ®¹t kho¶ng 6%. C¸c s¶n phÈm kh¸c: sau cuéc khñng ho¶ng vÒ dÇu má trªn thÕ giíi vµo ®Çu nh÷ng n¨m 1970, ng­êi ta tËp trung vµo viÖc t×m kiÕm nguån nhiªn liÖu thay thÕ, trong ®ã nguån nhiªn liÖu tõ khÝ tæng hîp vµ metanol ®­îc quan t©m ®Æc biÖt. Ngoµi ra, metanol ®­îc dïng ®Ó tæng hîp mét sè l­îng lín c¸c hîp chÊt h÷u c¬ kh¸c nhau nh­: axit fornic, metyl este cña c¸c axit h÷u c¬ hoÆc v« c¬... 5.2) Sö dông trong lÜnh vùc n¨ng l­îng: Metanol lµ nguån thay thÕ rÊt høa hÑn cho c¸c s¶n phÈm dÇu má nªn chóng trë nªn qu¸ ®¾t ®Ó lµm nhiªn liÖu, metanol cã thÓ ®­îc dïng ®Ó pha vµo x¨ng, nhiªn liÖu diezel... nh»m c¶i thiÖn mét sè tÝnh chÊt cña nhiªn liÖu. 5.3) C¸c øng dông kh¸c[17]: Metanol cã nhiÖt ®é ®«ng ®Æc thÊp vµ dÔ tan trong n­íc nªn sö dông trong c¸c hÖ thèng lµm l¹nh c¶ ë d¹ng tinh khiÕt vµ hçn hîp víi n­íc vµ glycol. Metanol còng ®­îc dïng lµm chÊt chèng ®«ng trong hÖ thèng lµm m¸t vµ ®èt nãng. Mét sè l­îng lín cña metanol ®­îc sö dông ®Ó b¶o vÖ c¸c ®­êng èng dÉn khÝ thiªn nhiªn chèng l¹i sù t¹o thµnh khÝ hydrat ë nhiÖt ®é thÊp, lµm t¸c nh©n hÊp thô trong c¸c thiÕt bÞ lµm s¹ch khÝ ®Ó lo¹i bá CO2 vµ H2S ë nhiÖt ®é thÊp vµ lµm dung m«i cho c¸c qu¸ tr×nh hãa häc. B¶ng 4: Metanol ®­îc sö dông ë Liªn X« cò n¨m 1969 TT Sö dông ®Ó s¶n xuÊt Thµnh phÇn (%) 1 Formaldehit 51,2 2 Cao su tæng hîp 12,5 3 C¸c thuèc thö 10,0 4 Thuèc nhuém 7,3 5 Cacbamit, nhùa trao ®æi 6,3 6 Metyl ete, etylen glycol 3,9 7 Demetyl ªphatalat 2,9 8 C¸c urª kh¸c 5,7 II/ formaldehit Formaldehit ®­îc t×m thÊy trong tù nhiªn, nã ®­îc t¹o thµnh tõ c¸c hîp chÊt h÷u c¬ bëi qu¸ tr×nh quang hãa trong bÇu khÝ quyÓn víi ®iÒu kiÖn lµ sù sèng vÉn duy tr× trªn tr¸i ®Êt. Formaldehit lµ mét s¶n phÈm trao ®æi chÊt quan träng trong thùc vËt vµ ®éng vËt kÓ c¶ con ng­êi. 1. TÝnh chÊt vËt lÝ [16]. Formaldehit cã c«ng thøc hãa häc lµ CH2O vµ khèi l­îng ph©n tö lµ 30,03. Nã lµ chÊt khÝ kh«ng mµu, mïi xèc, vÞ chua, ®éc (t¸c ®éng ®Õn m¾t, da, mòi vµ cæ häng, kÝch thÝch thÇn kinh ngay c¶ khi víi nång ®é nhá, nång ®é giín h¹n ®Ó ph¸t hiÖn ra mïi cña nã lµ 0,0541ppm). Formaldehit hãa láng ë -19,2oC, tû träng cña láng lµ 0,8153 (ë -20oC) vµ 0,9172 (ë -80oC) ®ãng r¾n ë -118oC d¹ng bét nh·o tr¾ng. ë tr¹ng th¸i láng vµ khÝ formaldehit æn ®Þnh ë nhiÖt ®é thÊp hoÆc nhiÖt ®é th­êng (80 ¸ 100oC) . KhÝ formaldehit kh«ng polyme hãa ë kho¶ng 80 hoÆc 100oC vµ ®­îc xem nh­ lµ mét khÝ lý t­ëng. B¶ng 5: Mét sè h»ng sè vËt lý cña formandehit NhiÖt t¹o thµnh formaldehit ë 25oC - 115,9 + 6,3 KJ/mol N¨ng l­îng Gibhs ë 25oC -109,9 KJ/mol Entropi ë 25oC 218,8 + 0,4 KJ/mol NhiÖt ch¸y ë 25oC 561,5 KJ/mol NhiÖt hãa h¬i ë 19,2oC 23,32 KJ/mol NhiÖt dung ë 25oC 35,425 KJ/mol NhiÖt ®é tù bèc ch¸y 3000C Kh¶ n¨ng hoµ tan trong n­íc ë 300C 55g/100ml H20 Tû träng ë d¹ng láng: T¹i -100C :≈8135 g/cm3 T¹i -800C ≈8153 g/cm3 ≈0.9172 g/cm3 NhiÖt hoµ tan ë 230C: Trong n­íc 62,0 Kj/mol Trong metanol 65,8 Kj/mol Trong propanol-1 59,5 Kj/mol Trong butanol-1 62,4 Kj/mol ¸p suÊt h¬i cña formaldehit ®o ®­îc trong kho¶ng (- 109,4oC ¸ 22,3oC) vµ cã thÓ tÝch ®­îc tÝnh theo ph­¬ng tr×nh: [19] Qu¸ tr×nh polyme hãa hoÆc trong tr¹ng th¸i láng hoÆc tr¹ng th¸i khÝ ®Òu bÞ ¶nh h­ëng bëi c¸c yÕu tè nh­: ¸p suÊt, ®é Èm vµ mét l­îng nhá axit formic song t­¬ng ®èi nhá. KhÝ formaldehit ®¹t ®­îc b»ng qu¸ tr×nh hãa h¬i para formaldehit (HCHO)n hoÆc polyme hãa cao h¬n th× ®­îc a - poly - oxy metylen. Qu¸ tr×nh nµy ®¹t ®­îc tõ 90 ¸ 100% ë d¹ng tinh khiÕt vµ yªu cÇu ph¶i b¶o qu¶n ë 100 ¸ 150oC nh»m ng¨n c¶n qu¸ tr×nh trïng hîp. Qu¸ tr×nh ph©n huû hãa häc kh«ng x¶y ra d­íi 400oC. KhÝ formaldehit dÔ b¾t ch¸y khi ta ®­a nhiÖt ®é måi löa tíi 430oC hçn hîp víi kh«ng khÝ lµ hîp chÊt g©y næ. TÝnh chÊt ch¸y næ formaldehit th­êng dÔ x¶y ra, ®Æc biÖt lµ kho¶ng nång ®é 65 ¸ 75% thÓ tÝch. ë nhiÖt ®é thÊp, formaldehit láng cã thÓ trén lÉn ®­îc víi tÊt c¶ c¸c dung m«i kh«ng ph©n cùc nh­ : Toluen, ete, chloroform vµ còng cã thÓ lµ Etylaxetat. Kh¶ n¨ng hßa tan gi¶m khi t¨ng nhiÖt ®é cña qu¸ tr×nh. Qu¸ tr×nh bay h¬i, trïng hîp th­êng x¶y ra ë nhiÖt ®é th­êng vµ chØ ®Ó l¹i mét l­îng nhá khÝ kh«ng tan. * D¹ng dung dÞch cña formaldehit Dung dÞch cña formaldehit láng trong axetandehyde xem nh­ lµ mét dung dÞch lý t­ëng. Formaldehit láng cã thÓ trén lÉn ®­îc víi dÇu má, dung m«i cã cùc nh­ r­îu, amin, axit hoÆc dïng ®Ó ph¶n øng víi nã hoÆc ®Ó h×nh thµnh hîp chÊt metyl hoÆc dÉn xuÊt metylen. Qua nghiªn cøu vµ thùc nghiÖm cho thÊy monome d¹ng ®¬n ph©n tö cña formaldehit chØ tån t¹i trong dung dÞch víi nång ®é < 0,1% träng l­îng. D¹ng chñ yÕu cña formaldehit trong dung dÞch lµ metylglycol (HOCH2OH) vµ c¸c oligome cã khèi l­îng ph©n tö thÊp víi cÊu tróc HO(CH2O)nH (n = 1¸8).V× vËy mµ formaldehit khã bèc mïi ë ®iÒu kiÖn th­êng. H»ng sè c©n b»ng cña qu¸ tr×nh hßa tan vËt lý cña formaldehit vµ qu¸ tr×nh ph¶n øng cña formaldehit t¹o thµnh metylen glycol vµ c¸c oligome cña nã cã thÓ x¸c ®Þnh ®­îc. C¸c th«ng sè cã thÓ kÕt hîp víi c¸c sè liÖu kh¸c ®Ó tÝnh to¸n c¸c h»ng sè c©n b»ng ë t¹i c¸c nhiÖt ®é kh¸c nhau tõ Oo¸150oC, vµ nång ®é cña formaldehit lµ 60% sè liÖu cho ë b¶ng 1 nhËn ®­îc tõ qu¸ tr×nh tÝnh to¸n c¸c h»ng sè c©n b»ng cña qu¸ tr×nh oligome ph©n bè trong dung dÞch n­íc víi nång ®é 40% khèi l­îng. B¶ng 6: Sù ph©n bè cña glycol trong dung dÞch formaldehit (40%, 35oC)[2-39]. N Thµnh phÇn (%) N Thµnh phÇn (%) 1 2 3 4 5 6 26,28 19,36 16,38 12,33 8,70 5,89 7 8 9 10 >10 - 3,89 2,35 1,59 0,99 1,59 - Tuy nhiªn dung dÞch formaldehit tinh khiÕt trong n­íc vÉn cã thÓ tån t¹i ë nång ®é 95% träng l­îng, nh­ng ®Ó duy tr× ®­îc ë nång ®é nµy mµ kh«ng cã sù h×nh thµnh c¸c polyme th× ph¶i t¨ng nhiÖt ®é lªn 120oC. Trong dung dÞch formaldehit kü thuËt ng­êi ta cã bæ sung thªm metanol víi nång ®é 2 %. * Mét sè h»ng sè vËt lý cña dung dÞch formalin: Dung dÞch n­íc cã 37 ¸ 45% träng l­îng formaldehit. + NhiÖt ®é s«i : 97oC + NhiÖt ®ãng r¾n khi cã metanol : -15oC + NhiÖt ®é chíp ch¸y kh«ng cã metanol : 85oC + NhiÖt ®é chíp ch¸y cã 15% metanol : 50oC ¸p suÊt riªng phÇn cña formaldehit trong c¸c dung dÞch n­íc phô thuéc vµo nhiÖt ®é thÓ hiÖn qua b¶ng sau: B¶ng 7: ¸p suÊt riªng phÇn cña formaldehit trªn dung dÞch formalin ë nhiÖt ®é vµ nång ®é kh¸c nhau [2- 40] ToC Nång ®é formaldehit (%khèi l­îng) 1 5 10 15 20 25 30 35 40 5 0,003 0,011 0,016 0,021 0,025 0,028 0,031 0,034 0,037 10 0,005 0,015 0,024 0,031 0,038 0,045 0,049 0,053 0,056 15 0,007 0,022 0,036 0,047 0,057 0,066 0,075 0,083 0,090 20 0,009 0,031 0,052 0,069 0,085 0,096 0,113 0,125 0,137 25 0,013 0,044 0,075 0,101 0,125 0,146 0,167 0,187 0,206 30 0,017 0,061 0,105 0,144 0,180 0,213 0,245 0,275 0,304 35 0,022 0,084 0,147 0,203 0,256 0305 0,353 0,389 0,442 40 0,028 0,113 0,202 0,284 0,360 0,432 0,502 0,569 0,634 45 0,037 0,151 0,275 0,390 0,499 0,604 0,705 0,803 0,899 50 0,045 0,200 0,371 0,531 0,685 0,838 0,976 1,119 1,258 55 0,039 0,262 0,494 0,715 0,929 1,137 1,341 1,541 1,740 60 0,047 0,340 0,652 0,953 1,247 1,536 1,820 2,101 2,378 65 0,093 0,437 0,852 1,258 1,657 2,053 2,443 2,831 2,218 70 0,114 0,558 1,104 1,645 2,182 2,717 2,250 3,780 4,310 Qua nghiªn cøu ®éng häc cña sù t¹o thµnh metylglycol tõ hßa tan formaldehit víi n­íc, cã h»ng sè cña ph¶n øng nghÞch lµ 5.103 ¸ 5.106 chËm h¬n so víi ph¶n øng thuËn vµ nã sÏ t¨ng lªn nhiÒu so víi dung dÞch axit, nghÜa lµ sù ph©n bè cña oligome khèi cao (n>3) kh«ng thay ®æi nhanh khi nhiÖt ®é thÊp hoÆc dung dÞch lo·ng. Sau ®ã l­îng metylen glycol t¨ng víi mét l­îng nhá oligome (n = 2 hoÆc n = 3) trong dung dÞch n­íc, hµm l­îng < 2% formaldehyde ë d¹ng monome. Tû träng r(g/cm3) cña dung dÞch formaldehyde chøa 3% träng l­îng metanol t¹i nhiÖt ®é 10 ¸ 70oC cã thÓ tÝnh theo c«ng thøc sau: r = a + 0,003 (F-b) - 0,025.(M-c) - 104 [0,005.(F - 30) + 3,4] (t - 20) . Trong ®ã : F : Nång ®é cña formaldehyde, % träng l­îng . M : Nång ®é cña metanol, % träng l­îng . t : NhiÖt ®é, oC . a ,b, c : lµ c¸c h»ng sè. §iÓm s«i cña dung dÞch n­íc tinh khiÕt chøa tíi 55% formaldehit (theo träng l­îng) lµ 9941000C t¹i ¸p suÊt khÝ quyÓn. Trong dung dÞch n­íc lo·ng, ®iÓm ®«ng ®Æc cña formaldehit thÊp h¬n n­íc, nÕu dung dÞch chøa 25% formaldehit ( theo träng l­îng) ®­îc lµm l¹nh polime ng­ng tô tr­íc khi ®¹t ®Õn nhiÖt ®é ®«ng ®Æc. §é nhít ®éng häc cña dung dÞch n­íc formaldehit –metanol h cã thÓ ®­îc biÓu diÔn theo c«ng thøc sau: h.(M - P.a.5) = 1,28 + 0,39F + 0,05M - 0.024t . C«ng thøc nµy ¸p dông cho dung dÞch chøa 30 ¸ 50% träng l­îng Formaldehit vµ 0 ¸ 20% träng l­îng metanol ë nhiÖt ®é 25 ¸ 40oC . 2. TÝnh chÊt hãa häc [2 - 41]. Formaldehit lµ mét chÊt h÷u c¬ ho¹t ®éng vµ cã ®Æc ®iÓm cÊu t¹o ph©n tö cã sù ph©n cùc cña nèi ®«i, nªn nã cã kh¶ n¨ng tham gia nhiÒu ph¶n øng hãa häc kh¸c nhau: H H Cs+ Cs- 2.1) Ph¶n øng ph©n huû: ë nhiÖt ®é 150oC th× formaldehit bÞ ph©n huû thµnh metanol vµ oxit cacbon. 150oC 2HCHO CH3OH + CO ë 350oC t¹o thµnh CO vµ H2 : 350oC HCHO CO + H2 Ngoµi ra, s¶n phÈm cña qu¸ tr×nh ph©n huû cã thÓ lµ metan, metanol, axit formic khi cã mÆt xóc t¸c kim lo¹i Pt, Cu, Al, Cr 2.2) Ph¶n øng oxy ho¸ khö: Formaldehit ë thÓ khÝ hoÆc thÓ hßa tan cã thÓ bÞ oxy hãa thµnh axit formic: HCHO + 1/2 O2 HCOOH NÕu oxy hãa s©u h¬n th× t¹o thµnh CO2 vµ n­íc: HCHO + O2 CO2 + H2O Trong kho._.¶ng 300 ¸ 400oC th× hai ph¶n øng trªn x¶y ra nh­ng nÕu > 400oC th× s¶n phÈm l¹i lµ CO vµ H2. > 400oC HCHO CO + H2 to, xt NÕu qu¸ tr×nh oxi hãa x¶y ra ë nhiÖt ®é cao vµ cã mÆt xóc t¸c th× ph¶n øng t¹o ra CO vµ H2O: CH2O + 1/2 O2 CO + H2 NÕu dïng t¸c nh©n oxi hãa lµ H2O2 th× s¶n phÈm ph¶n øng lµ HCOOH vµ H2 hoÆc CO2 vµ H2O [2-42]. Ph¶n øng khö víi t¸c nh©n lµ H2 th× s¶n phÈm thu ®­îc lµ metanol. §©y lµ ph¶n øng thuËn nghÞch vµ x¶y ra trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt formaldehit cã dïng xóc t¸c Ag. Tuy nhiªn ®Ó c©n b»ng dÞch chuyÓn sang vÕ tr¸i cÇn tiÕn hµnh ë nhiÖt ®é cao. HCho + h2 ch3oh 2.3) Ph¶n øng gi÷a c¸c ph©n tö formaldehyde: Ngoµi ph¶n øng víi c¸c ph©n tö kh¸c, formaldehit cßn cã thÓ ph¶n øng víi nhau.C¸c ph¶n øng gi÷a chóng bao gåm c¸c ph¶n øng polyme hãa trong ®ã sù t¹o thµnh cña polyme o1ximetion lµ ph¶n øng ®Æc tr­ng nhÊt. 2.4) Ph¶n øng Cannizzaro[2]: Ph¶n øng nµy bao gåm sù khö mét ph©n tö formaldehit vµ oxi hãa mét ph©n tö kh¸c. 2 HCHO(aq) + H2O CH3OH + HCOOH Ph¶n øng x¶y ra thuËn lîi khi cã mét xóc t¸c kiÒm hoÆc ®un nãng, víi c¸c andehyt nh­ purfurrol. Kh«ng x¶y ra ph¶n øng ng­ng tô aldol th«ng th­êng kh«ng cã c¸c nguyªn tö H ho¹t ®éng ë vÞ trÝ a. V× vËy ph¶n øng gi÷a hai andehyt lo¹i nµy hoµn toµn x¶y ra theo h­íng cannizozoro. 2.5) Ph¶n øng Tischenko: t0 C¸c polyme cña formaldehit khi gia nhiÖt th× ph¶n øng víi metylat t¹o thµnh metylformat: 2HCHO(polyme) HCOOCH3 Metyl format còng n»m trong sè c¸c s¶n phÈm thu ®­îc khi ®un nãng c¸c polime kh¸c cña formaldehit (nh­ para formaldehit) kh«ng cã mÆt hay khi cã mÆt H2SO4. 2.6) Ph¶n øng polyme hãa: T¹i nhiÖt ®é th­êng th× formaldehit ë thÓ khÝ, khi cã vÕt x­íc th× trïng hîp t¹o thµnh para - formaldehyde [HO(CH2O)nH] mµu tr¾ng (n = 8 ¸ 100). Khi ®un nãng víi H2SO4 lo·ng th× para ormaldehit bÞ khö trïng hîp t¹o thµnh formaldehit. nHCHO +H20 H-(O-CH2-)nOH 2.7) Ph¶n øng céng hîp: 0H C H H CN - Céng xyanuahydro: ph¶n øng t¹o thµnh hydronitrin lµ s¶n phÈm trung gian quan träng trong tæng hîp hydri axit vµ amino axit: HCHO + HCN - Céng víi bisunfit natri t¹o thµnh hîp chÊt bisunfit kÕt tña: H R CH SO2ONa HCHO + HSO3Na Cã thÓ dïng ph¶n øng nµy ®Ó t¸ch vµ tinh chÕ c¸c andehyt kh¸c nhau. - Céng víi hîp chÊt c¬ magie: Ph¶n øng nµy quan träng, dïng ®Ó ph©n biÖt c¸c r­îu Sau khi thuû ph©n ph©n tö formaldehit cho r­îu bËc 1: H CH R OMgX HCHO + RMgX §Æc biÖt lµ ph¶n øng gi÷a formaldehit víi NH3 dÉn tíi t¹o thµnh hîp chÊt hexanmetylen tetraamin cßn gäi lµ utropin: 70oC 350 mmHg 6 HCHO + 4 NH3 (CH2)6 N4 + 6H2O Utropin dïng ®Ó s¶n xuÊt chÊt dÎo, d­îc phÈm, chÊt næ, y häc... Dïng ph¶n øng cña formaldehit víi hydroxy amin ®Ó ®Þnh l­îng formaldehit. HCHO + NH2OH.HCl CH2=NOH + HCl + H2O Formaldehit lµ b¸n s¶n phÈm quan träng trong c«ng nghiÖp tæng hîp h÷u c¬: s¶n xuÊt butadiol 1,4 ; tetra hydrofuran; pirrolidon; r­îu propagylic; r­îu allylic CH2 O CH2 O O CH2 Formaldehit ë tr¹ng th¸i khÝ tù trïng hîp thµnh trioxit vßng-trioxit metylen: 3HCOH 3. ChØ tiªu Formalin th­¬ng phÈm [2-47]. Ng­êi ta chia ra c¸c kho¶ng nång ®é < 1% hoÆc 8 ¸ 11% tïy theo yªu cÇu sö dông. C¸c chØ tiªu ®­îc tr×nh bµy cô thÓ trong b¶ng sau: B¶ng 8: Tiªu chuÈn chÊt l­îng cña formalin th­¬ng phÈm ChØ tiªu Quy ®Þnh Hµm l­îng formaldehit % 37 ¸ 50 % Hµm l­îng axit formic % 0,5 Hµm l­îng s¾t 0,00005 pH 2,0 ¸ 4,0 Mµu Trong suèt Hµm l­îng metanol % 1 ¸ 11 4. øng dông cña s¶n phÈm formaldehit [2-44-45-45]. N¨m 1992 formalin lµ mét hãa chÊt cã sè l­îng xÕp h¹ng thø 23 vÒ khèi l­îng c¸c ho¸ chÊt s¶n xuÊt nhiÒu trªn thÕ giíi, mét trong nh÷ng s¶n phÈm h÷u c¬ quan träng hµng ®Çu trong ngµnh c«ng nghiÖp tæng hîp h÷u c¬ . Formalin ®­îc øng dông réng r·i trong nhiÒu lÜnh vùc kh¸c nhau cña nÒn kinh tÕ quèc d©n ë c¸c n­íc trªn thÕ giíi còng nh­ ë n­íc ta. VÝ dô: ViÖc sö dông formalin ë Mü nh­ sau Nhùa ure formaldehit 25% Nhùa phenol formaldehit 25% Nhùa poliaxetal 9% Pentacritrit 5% Hexametylen tetramin 5% Nhùa metamin 5% Tera hydrofuran 3% C¸c dÉn xuÊt axetylen 3% C¸c môc ®Ých kh¸c 20% ë n­íc ta hiÖn nay formalin còng ®­îc sö dông réng r·i ®Ó s¶n xuÊt c¸c lo¹i keo d¸n ure formaldehit, nhùa phenol formaldehit, lµm gç d¸n, tÊm lîp, cãt Ðp, nhùa baketÝt ®Ó chÕ t¹o s¬n, ngoµi ra cßn sö dông trong y häc vµ trong ch¨n nu«i ... Trong c«ng nghiÖp dÖt dùa vµo tÝnh chÊt lý hãa häc c¬ b¶n cña formaldehit. Ng­êi ta ®· nghiªn cøu thµnh c«ng mét sè chÊt trî nhuém b»ng nh÷ng ph¶n øng ng­ng tô vµ ®a tô gi÷a formalin vµ mét sè hãa chÊt, cïng c¸c dÉn xuÊt kh¸c ®Ó t¹o ra c¸c s¶n phÈm míi, lo¹i th­¬ng phÈm vÒ chÊt trî ph©n t¸n phôc vô cho c¸c giai ®o¹n c«ng nghÖ, hoµn tÊt v¶i trong qu¸ tr×nh dÖt nhuém. Formalin cã kh¶ n¨ng ph¶n øng cao, lµ mét nguyªn liÖu quan träng trong c«ng nghiÖp tæng hîp h÷u c¬, ®Æc biÖt trong viÖc s¶n xuÊt c¸c polime b»ng ph¶n øng trïng ng­ng ®Ó t¹o ra nh÷ng s¶n phÈm míi ë n­íc ta. Dùa vµo nguån nguyªn liÖu s½n cã trong n­íc vµ ®iÒu kiÖn trang thiÕt bÞ hiÖn nay, ng­êi ta ®· nghiªn cøu thµnh c«ng mét sè chÊt trî nhuém cho ngµnh dÖt ®i tõ nguån nguyªn liÖu lµ formalin 37%, b»ng c¸c ph¶n øng ng­ng tô vµ ®a tô gi÷a formalin víi mét sè hãa chÊt kh¸c, cïng víi c¸c dÉn xuÊt kh¸c ®Ó t¹o c¸c s¶n phÈm míi vÒ chÊt trî ph©n t¸n, chÊt ngÊm (NTD - 93) vµ chÊt trî lý hoµn tÊt v¶i (nhùa TH - 93) phôc vô cho c¸c giai ®o¹n cña c¸c c«ng nghÖ trªn . Ch­¬ng II: C¸c ph­¬ng ph¸p c«ng nghÖ s¶n xuÊt formalin HiÖn nay trªn thÕ giíi formalin ®­îc s¶n xuÊt chñ yÕu tõ metanol, s¶n xuÊt formalin b»ng ph­¬ng ph¸p oxi ho¸ trùc tiÕp khÝ tù nhiªn còng ®· ®­îc mét sè n­íc thö nghiÖm nh­ng v× hiÖu suÊt chuyÓn hãa c¸c s¶n phÈm oxi hãa thÊp nªn ph­¬ng ph¸p nµy Ýt ®­îc sö dông. Vµo nh÷ng n¨m 1905¸1910, s¶n xuÊt formalin víi quy m« c«ng nghiÖp th­êng sö dông c¸c xóc t¸c kim lo¹i. GÇn ®©y c«ng nghÖ s¶n xuÊt formalin trªn c¬ së xóc t¸c oxit kim lo¹i ®­îc ®­a vµo sö dông, nã cã ­u thÕ vÒ ®é chuyÓn hãa lµ ®é chän läc cao. Tuy nhiªn s¶n l­îng cña c«ng nghÖ nµy chØ chiÕm 1/3 tæng s¶n l­îng toµn thÕ giíi [2-10]. Cã 3 qu¸ tr×nh s¶n xuÊt Formaldehit tõ Metanol [16]. 1. Qu¸ tr×nh oxy hãa mét phÇn vµ dehydro hãa mét phÇn víi kh«ng khÝ trong sù cã mÆt cña xóc t¸c b¹c, h¬i n­íc vµ MeOH d­ ë 680 ¸ 720oC (qu¸ tr×nh BASF, ®é chuyÓn hãa MeOH = 97 ¸ 98%). 2. Oxy ho¸ vµ dehydro hãa mét phÇn víi kh«ng khÝ trong sù cã mÆt cña sîi l­íi Ag hoÆc Ag tinh thÓ, h¬i n­íc vµ MeOH ë 600 ¸ 650oC (®é chuyÓn hãa ban ®Çu cña MeOH = 77 ¸ 78%). Qu¸ tr×nh chuyÓn hãa kÕt thóc b»ng qu¸ tr×nh ch­ng cÊt c¸c s¶n phÈm vµ tuÇn hoµn MeOH ch­a ph¶n øng. 3. ChØ oxy hãa víi kh«ng khÝ trong sù cã mÆt cña oxit c¶i tiÕn Mo - V ë 250 ¸ 400oC (®é chuyÓn hãa MeOH = 98 4 99%). Qu¸ tr×nh chuyÓn hãa propan, butan, etylen, propylen, butylen hoÆc c¸c ete ®Ó t¹o formaldehit kh«ng ®­îc sö dông trong c«ng nghiÖp v× tÝnh kh«ng kinh tÕ cña nã. Qu¸ tr×nh hydro hãa CO hay oxy ho¸ metan còng Ýt ®­îc sö dông trong c«ng nghiÖp v× c¸c qu¸ tr×nh nµy cho n¨ng suÊt thÊp. Qu¸ tr×nh s¶n xuÊt formaldehit tõ metanol cã thÓ ®­îc dïng qua 3 con ®­êng trªn. Tuy nhiªn nÕu metanol ban ®Çu cã ngËm n­íc hoÆc qu¸ tr×nh s¶n xuÊt diÔn ra t¹i ¸p suÊt thÊp th× ®i theo con ®­êng thø nhÊt. Metanol tr­íc khi sö dông ph¶i ®­îc lo¹i bá c¸c hîp chÊt v« c¬, h÷u c¬ vµ t¸ch lo¹i c¸c cÊu tö cã nhiÖt ®é thÊp. * Mét sè c¸c ph­¬ng ph¸p kh¸c ®Ó s¶n xuÊt formaldehit: trong c«ng nghiÖp hiÖn nay dïng phæ biÕn hai ph­¬ng ph¸p s¶n xuÊt formaldehit: Oxi ho¸ metanol. Oxi ho¸ metan. Ngoµi ra, formaldehit cßn cã thÓ ®iÒu chÕ theo mét sè ph­¬ng ph¸p kh¸c nh­: oxy ho¸ etylen, thuû ph©n clorua metylen. Nh­ng c¸c ph­¬ng ph¸p nµy cßn ch­a ®­îc sö dông trong c«ng nghiÖp v× gi¸ thµnh s¶n phÈm cßn cao, ch­a hîp lý. Oxi ho¸ etylen: Dïng oxy kh«ng khÝ ®Ó oxy hãa, qu¸ tr×nh tiÕn hµnh ë nhiÖt ®é lín h¬n 500oC ph­¬ng tr×nh x¶y ra nh­ sau: t >500oC Ph­¬ng tr×nh ph¶n øng: CH2 = CH2 + O2 2 CH2O (5) Cho d­ kh«ng khÝ, nång ®é formaldehit trong s¶n phÈm kh«ng qu¸ 2% v× etylen ®¾t h¬n metanol vµ hiÖu suÊt thÊp nªn trong thùc tÕ s¶n xuÊt ng­êi ta kh«ng dïng ph­¬ng ph¸p nµy. Thuû ph©n Clorua metylen: to Xt Thæi h¬i n­íc vµo cloruametylen qua líp xóc t¸c (than ho¹t tÝnh, oxit nh«m) ë nhiÖt ®é 450oC ta thu ®­îc formaldehit. CH2Cl2 + H2O CH2O + 2HCl (6) Trong thùc tÕ chØ nªn dïng ph­¬ng ph¸p nµy khi cã cloruametylen rÎ vµ HCl sinh ra cã thÓ sö dông vµo c¸c môc ®Ých kh¸c. HiÖn nay ph­¬ng ph¸p nµy Ýt ®­îc sö dông. s¶n xuÊt formaldehit b»ng c¸ch oxi ho¸ trùc tiÕp metan, hydrocacbon cao Ph­¬ng ph¸p oxi ho¸ trùc tiÕp metan. Ph¶n øng oxy hãa metan tiÕn hµnh nh­ sau: CH4 + O2 HCHO + H2O Trong thùc tÕ th­ëng x¶y ra sù oxy hãa tiÕp tôc formaldehit, ph¶n øng oxy hãa metan x¶y ra ë nhiÖt ®é gÇn 700oC. Nh­ng ë nhiÖt ®é ®ã formaldehit kÐm bÒn dÔ bÞ ph©n huû: HCHO CO + H2 Formaldehit chÝnh lµ s¶n phÈm trung gian cña qu¸ tr×nh oxy hãa metan nªn dÔ bÞ oxy hãa trùc tiÕp vµ tiÕp tôc ph¶n øng. HCHO + 1/2 O2 CO + H2O HCHO + O2 CO2 + H2O C¸c yÕu tè ¶nh h­ëng ®Õn hiÖu suÊt ph¶n øng lµ: tÝnh chÊt cña xóc t¸c, nhiÖt ®é, thêi gian tiÕp xóc víi xóc t¸c, tû sè gi÷a metan vµ kh«ng khÝ, ¸p suÊt. Xóc t¸c: Dïng xóc t¸c ®ång thÓ nh­ hydro clorua, hydro bromua, oxyt nit¬,…chÊt xóc t¸c cã t¸c dông khëi ®Çu cho ph¶n øng oxy ho¸, t¹o thµnh gèc tù do: Cl2 2Cl· CH4 + 2Cl· •CH3 + HCl ·CH3 + O2 HCHO + ·OH CH4 + ·OH ·CH3 + H2O Sau nµy ng­êi ta sö dông hçn hîp gi÷a xóc t¸c ®ång thÓ vµ xóc t¸c dÞ thÓ. Ch¼ng h¹n, hydrocacbon clorua trªn photphat thiÕc vµ s¾t. Sau ®ã «ng Nocep ®· æn ®Þnh vµ hoµn thiÖn lo¹i xóc t¸c dïng cho qu¸ tr×nh oxy ho¸ metan lµ clo vµ cloruabari.¤ng ®· gi¶i thÝch c¬ cÊu ph¶n øng nh­ sau: §Çu tiªn metan bÞ clo ho¸: CH4 + Cl2 CH3Cl + HCl Sau ®ã clorua metyl bÞ khö thµnh HCl t¹o thµnh gèc metylen råi tiÕp tôc t¸c dông víi O2 cho ra formaldehit. 2CH3Cl 2CH·2 + 2HCl 2CH·2 + O2 2HCHO NÕu thùc hiÖn qu¸ tr×nh d­íi ¸p suÊt th­êng th× ng­êi ta hay dïng xóc t¸c oxyt nit¬. NhiÖt ®é: Duy tr× nhiÖt ®é tõ 500¸6000C, nÕu nhiÖt ®é ngµy cµng cao th× nång ®é formaldehit thu ®­îc cµng thÊp cßn nÕu nhiÖt ®é qu¸ thÊp th× vËn tèc ph¶n øng chËm vµ xóc t¸c kÐm ho¹t tÝnh. Thêi gian: Thêi gian tiÕp xóc khÝ metan víi xóc t¸c cµng dµi th× s¶n phÈm phô do bÞ oxy hãa cµng nhiÒu. Nh­ng nÕu thêi gian tiÕp xóc ng¾n qu¸ møc ®é chuyÓn hãa cña metan gi¶m. Trong s¶n xuÊt th­êng dïng vËn tèc thÓ tÝch 50.000 ¸ 60.000 lÝt CH4/1h xóc t¸c. Tû sè gi÷a metan vµ kh«ng khÝ: Tèt nhÊt lµ CH4/KK=14/86 nh­ng n»m trong giíi h¹n næ, trong thùc tÕ dïng tû sè 1:3,7 hoÆc chiÕm tõ 30450% thÓ tÝch metan trong kh«ng khÝ. ¸p suÊt: ¸p suÊt th­êng dïng ®Ó oxy ho¸ metan lµ thÊp v× nÕu dïng ¸p suÊt cao th× cïng víi formaldehit t¹o thµnh nhiÒu metan, nªn thùc tÕ ng­êi ta dïng ¸p suÊt th­êng. Ph­¬ng ph¸p oxi ho¸ hydrocacbon cao. Oxi ho¸ propan vµ butan d­íi ¸p suÊt 10450atm vµ nhiÖt ®é t­¬ng ®èi thÊp 35044500C, thêi gian tiÕp xóc cña nguyªn liÖu víi vïng nhiÖt ®é cao lµ 548 gi©y nghÜa lµ lín h¬n 548 lÇn so víi thêi gian tiÕp xóc cña metan, s¶n phÈm t¹o thµnh gåm: formaldehit, axetandehyt, axit axetic, axeton, etanol vµ metanol. ­u ®iÓm cña hai ph­¬ng ph¸p nµy lµ: Qu¸ tr×nh s¶n suÊt t­¬ng ®èi ®¬n gi¶n. Nguån nguyªn liÖu dåi dµo, gi¸ thµnh rÎ. Nh­îc ®iÓm cña hai ph­¬ng ph¸p nµy lµ: HiÖu suÊt chuyÓn ho¸ thÊp. S¶n phÈm cña qu¸ tr×nh cã lÉn nhiÒu s¶n phÈm phô oxit cacbon, n­íc metanol tõ 10420%. Qu¸ tr×nh oxy ho¸ metan vµ khÝ thiªn nhiªn tiÕn hµnh ë nhiÖt ®é cao (50046000C) nªn chi phÝ cho thiÕt bÞ lín. ChÝnh nh÷ng nh­îc ®iÓm nµy mµ c«ng nghÖ oxy ho¸ trùc tiÕp metan vµ c¸c hydrocacbon cao ®Ó s¶n xuÊt formaldehit ch­a ®­îc øng dông réng r·i nhiÒu trong thùc tÕ s¶n xuÊt, s¶n l­îng formaldehit s¶n xuÊt theo c«ng nghÖ nµy chiÕm kho¶ng 8% tæng s¶n l­îng formaldehit s¶n xuÊt ra . 3. Qu¸ tr×nh s¶n xuÊt formaldehit b»ng ph­¬ng ph¸p dehydro ho¸ vµ oxy ho¸ ®ång thêi metanol.[5] Dehydro ho¸ r­îc bËc 1 nh­ metanol th× kÐm thuËn lîi h¬n so víi r­îu bËc 2, theo ®iÒu kiÖn cña tr¹ng th¸i c©n b»ng vµ tÝnh lùa chän cña ph¶n øng. Do nguyªn nh©n nµy còng nh­ do tÝnh thu nhiÖt cña qu¸ tr×nh mµ ng­êi ta tiÕn hµnh ®ång thêi dehydro ho¸ vµ oxy ho¸ metanol. CH3OH HCHO + H2 DH0=-85kj/mol CH3OH + 1/2O2 HCHO + H2O DH0=-85kj/mol Cã thÓ lùa chän tØ lÖ cña c¸c ph¶n øng nµy sao cho tæng céng lµ to¶ nhiÖt vµ lóc ®ã ®Ó tr¸nh thÊt tho¸t nhiÖt ra m«i tr­êng ngoµi, ng­êi ta dïng nã ®Ó nung hçn hîp ban ®Çu lªn ®Õn nhiÖt ®é cÇn thiÕt.Trong thùc tÕ khi ®iÒu chÕ formaldehit th× kÕt qu¶ trªn sÏ nhËn ®­îc khi qu¸ tr×nh trªn 55% lµ oxi ho¸ vµ trªn 45% lµ dehydro ho¸ vµ lóc ®ã qu¸ tr×nh cã thÓ tiÕn hµnh trong thiÕt bÞ ph¶n øng ®o¹n nhiÖt kh«ng cã bÒ mÆt trao ®æi nhiÖt. Trong sè ®ã qu¸ tr×nh oxy vµ dehydro ho¸ ®ång thêi r­îu lµ ­a thÕ nhÊt. Theo tû lÖ nªu trªn cña ph¶n øng dehydro ho¸ vµ oxi ho¸ hçn hîp h¬i kh«ng khÝ ban ®Çu cÇn chøa ≈45% (phÇn thÓ tÝch) metanol, nh»m n»m trªn giíi h¹n næ cña metanol trong kh«ng khÝ (34,7% phÇn thÓ tÝch). Khi ®iÒu chÕ formaldehit, ngoµi c¸c ph¶n øng c¬ b¶n cßn x¶y ra c¸c ph¶n øng phô cña ph¶n øng oxi ho¸, dehydro ho¸ s©u h¬n vµ hydro ho¸ dÉn ®Õn t¹o thµnh oxit cacbon, axit formic, n­íc vµ metan. CH3OH + 1/2O2 HCHO + H2O HCHO + 1/2O2 HCOOH HCOOH + O2 CO2 + H2O CH3OH HCHO + H2 HCHO CO + H2 H2 + 1/2O2 H2O CH3OH + H2 CH4 + H2O CO2 + H2 CO + H2O Qu¸ tr×nh dehydro oxi ho¸ tiÕn hµnh víi sù thiÕu oxi, v× vËy ph¶n øng oxi ho¸ s©u h¬n sÏ kh«ng ph¸t triÓn m¹nh. Còng do ®ã qu¸ tr×nh dehydro ho¸ ®­îc kÝch ho¹t bëi oxi sÏ x¶y ra nhanh h¬n, tÊt c¶ c¸c ph¶n øng phô nªu trªn vµ kh«ng chËm nh­ khi dehydro ho¸ c¸c r­îu bËc 1 kh¸c. §iÒu nµy cho phÐp thùc hiÖn ph¶n øng ë nhiÖt ®é cao h¬n (500¸6000C) tèc ®é lín vµ thêi gian tiÕp xóc tõ 0,0140,03 gi©y. HiÖu suÊt formaldehit trªn nguyªn liÖu ®¹t tõ 80¸85% khi ®é chuyÓn ho¸ cña metanol 85490%. Nh­ vËy, sù bæ sung cña n­íc vµ metanol ban ®Çu lµm t¨ng hiÖu suÊt vµ ®é chuyÓn ho¸ nh­ ®· thÊy ë kÕt qu¶ ph©n huû axetal. ChÊt xóc t¸c cña qu¸ tr×nh tæng hîp formaldehit b»ng ph­¬ng ph¸p nµy lµ Cu kim lo¹i (ë d¹ng l­íi hay ph«i) hay Ag phñ trªn Al2O3. ChÊt xóc t¸c sau sÏ cho hiÖu qu¶ cao nhÊt vµ dïng réng r·i trong c«ng nghiÖp. qu¸ tr×nh s¶n xuÊt Formalin tõ oxi ho¸ metanol HÖ xóc t¸c kim lo¹i vµ qu¸ tr×nh s¶n xuÊt formalin dïng xóc t¸c b¹c [2 - 11 -13 - 14]. Formaldehit ®­îc s¶n xuÊt chñ yÕu tõ metanol, nãi chung qu¸ tr×nh s¶n xuÊt formaldehit tõ metanol ®­îc tiÕn hµnh b»ng c¸ch cho hçn hîp metanol –kh«ng khÝ ®i qua chÊt xóc t¸c ®­îc ®èt nãng ë ¸p suÊt khÝ quyÓn vµ hÊp thô khÝ ®i ra b»ng n­íc ®Ó nhËn ®­îc dung dÞch formalin. Ph­¬ng ph¸p s¬ khai ®­îc Hofman dïng ®Çu tiªn 1886, lµ cho hçn hîp metanol–kh«ng khÝ ®i qua b×nh ph¶n øng cã lß xo platin ®­îc ®èt nãng lµm xóc t¸c b¹c v»o n¨m 1910. Nh÷ng kim lo¹i nhãm IB (®ång, b¹c, vµng) biÓu hiÖn ho¹t tÝnh cao trong ph¶n øng chuyÓn ho¸ metanol thµnh formaldehit, chÊt xóc t¸c kim lo¹i hiÖu qu¶ cao nhÊt cho qu¸ tr×nh oxi-dehidro ho¸ r­îu lµ b¹c. Trong c«ng nghiÖp, ®Ó chuyÓn ho¸ metanol thµnh formaldehit ng­êi ta sö dông xóc t¸c b¹c ë c¸c d¹ng sau: Xóc t¸c l­íi b¹c cho møc ®é chuyÓn ho¸ 60¸65% vµ tÝnh chän läc theo HCHO lµ 85¸90%. Xóc t¸c b¹c tinh thÓ lín ë d¹ng h¹t 0,5¸3mm, líp xóc t¸c dµy kho¶ng vµi chôc milimet ®Æt trªn l­íi thÐp kh«ng gØ vµ phñ b»ng tÊm l­íi b¹c hoÆc ®ång, møc chuyÓn ho¸ trªn líp xóc t¸c nµy 75¸85%, tÝnh chän läc 90¸92%. Nh­îc ®iÓm cña xóc t¸c b¹c tinh thÓ lín lµ rÊt nh¹y ®èi víi qu¸ nhiÖt vµ t¹p chÊt, ®iÒu chÕ khã, b¹c l¹i ®¾t tiÒn, ®Ó nguyªn h¹t kim lo¹i kh«ng kinh tÕ. Xóc t¸c trªn ®¸ bät (36%Ag) vÒ mÆt hiÖu suÊt chuyÓn ho¸ còng kh«ng kÐm g× xóc t¸c tinh thÓ lín (a=75¸90%, tÝnh chän läc 89¸92%) mµ l¹i cã ®é bÒn chÞu nhiÖt vµ chÞu ngé ®éc tèt. HiÖn nay, xóc t¸c trªn ®¸ bät ®­îc øng dông réng r·i h¬n c¶ trong c«ng nghiÖp s¶n xuÊt formaldehit. Thêi gian lµm viÖc cña xóc t¸c b¹c trªn ®¸ bät tõ 2¸6 th¸ng. Tuú thuéc vµo ®é tinh khiÕt cña nguyªn liÖu, ho¹t tÝnh vµ ®é chän läc cña xóc t¸c b¹c trªn ®¸ bät gi¶m ®i râ rÖt theo thêi gian. S¾t lµ chÊt ngé ®éc xóc t¸c b¹c, khi hµm l­îng s¾t trong xóc t¸c t¨ng tõ 0¸0,6% ho¹t tÝnh cña xóc t¸c gi¶m tõ 73% xuèng ®Õn 63%. Ngoµi ra, nã cßn t¨ng tèc ®é cho c¸c ph¶n øng phô dÉn tíi sù ph©n huû HCHO, t¨ng téc ®é axit cña HCHO vµ cèc ho¸ trªn bÒ mÆt xóc t¸c lµm gi¶m ho¹t tÝnh xóc t¸c.V× vËy, nguyªn liÖu metanol ph¶i ®­îc lµm s¹ch vµ kh«ng dïng c¸c vËt liÖu b»ng thÐp cacbon tr¸nh ngé ®éc xóc t¸c. MÆt kh¸c, ®èi víi c«ng nghÖ xóc t¸c b¹c lµ xóc t¸c cã bÒ mÆt thÊp vµ dÔ bÞ ngé ®éc víi bôi cã trong kh«ng khÝ do vËy viÖc lµm s¹ch kh«ng khÝ ®i vµo qu¸ tr×nh lµ quan träng. C¸c qu¸ tr×nh dïng xóc t¸c b¹c ®Ó chuyÓn ho¸ metanol thµnh formaldehit nãi chung ®­îc tiÕn hµnh ë ¸p suÊt khÝ quyÓn, vµ nhiÖt ®é 600¸7200C víi thµnh phÇn hçn hîp metanol –kh«ng khÝ chøa 45¸50% metanol (giíi h¹n næ cña hçn hîp lµ 44% metanol). Do ®ã, qu¸ tr×nh lµ dehydro ho¸. §iÒu kiÖn nhiÖt ®é nh­ vËy lµ thuËn lîi cho ph¶n øng dehydro ho¸ (thuËn nghÞch, thu nhiÖt). Tuy vËy, ph¶n øng còng kh«ng ®Õn cïng, do ®ã sau ph¶n øng cßn d­ mét l­îng lín metanol. Qu¸ tr×nh oxi ho¸ bï ®¾p mét phÇn cho ph¶n øng thu nhiÖt vµ ®­a hçn hîp ph¶n øng ®Õn 600¸7200C. Nh­ vËy, qu¸ tr×nh x¶y ra ë tr¹ng th¸i ®o¹n nhiÖt. Sau ph¶n øng ban ®Çu, qu¸ tr×nh ®ã cã tÝch tô nhiÖt, víi ®Æc tr­ng râ rÖt ë ph¹m vi khuyÕch t¸n ngoµi (nhiÖt ®é ë bÒ mÆt xóc t¸c cao). Nh÷ng ph¶n øng chÝnh diÔn ra trong qu¸ tr×nh chuyÓn hãa metanol t¹o thµnh formaldehit lµ: CH3OH HCHO + H2 , D H = 84 KJ/mol (1) H2 + 1/2 O2 H2O , D H = - 243 KJ/mol (2) CH3OH + 1/2 O2 HCHO + H2O , D H = - 159 KJ/mol (3) Ph¹m vi mét trong 3 ph¶n øng cã thÓ tiÕn hµnh cßn phô thuéc vµo th«ng sè cña qu¸ tr×nh. S¶n phÈm phô ®­îc t¹o thµnh theo c¸c ph¶n øng sau: HCHO CO2 + H2 , D H = 12,5 KJ/mol (4) CH3OH + 3/2 O2 CO2 + 2H2O, D H = - 674 KJ/mol (5) CH2O + O2 CO2 + H2O , D H = - 159 KJ/mol (6) C¸c s¶n phÈm phô quan träng kh¸c lµ metyl format, metan vµ axit focmic.Do t¹o nhiÒu s¶n phÈm phô nªn qu¸ tr×nh chuyÓn ho¸ metanol trªn xóc t¸c b¹c th­êng thÊp. L­îng mormaldehit thu ®­îc tõ ph¶n øng (1) ®Õn (6) cã thÓ ®­îc tÝnh to¸n tõ sù t¹o thµnh thùc tÕ cña c¸c thiÕt bÞ vµ øng ph­¬ng tr×nh sau :[16] HiÖu suÊt r : lµ tû lÖ cña ph©n tö trong ph¶n øng. Ph­¬ng tr×nh nµy còng tÝnh to¸n ®­îc hydro vµ oxy d­ vµ sù t¹o thµnh c¸c s¶n phÈm phô. Víi ®Æc tr­ng qu¸ tr×nh ph¶n øng xóc t¸c b¹c nh­ trªn, c¸c c«ng nghÖ hiÖn nay trªn thÕ giíi ®Òu thiÕt kÕ ë d¹ng líp xóc t¸c máng kho¶ng 25¸30mm, ®­îc ®Æt ngay trªn thiÕt bÞ lµm l¹nh èng chïm, hçn hîp ph¶n øng ®­îc lµm l¹nh nhanh ®Õn 1500C, øng víi ¸p suÊt h¬i n­íc t¹o thµnh ë thiÕt bÞ nµy lµ 0,5 Mpa. S¶n phÈm ph¶n øng ®­îc lµm l¹nh nhanh ®Ó tr¸nh ph©n huû formaldehit thµnh H2 vµ CO2 theo ph¶n øng: HCHO CO + H2 Víi tû lÖ metanol–kh«ng khÝ nh­ trªn lµ thiÕu oxi, hµm l­îng hidro trong khÝ th¶i sau th¸p hÊp thô chiÕm 18¸20% thÓ tÝch, nh­ng toµn côc qu¸ tr×nh lµ to¶ nhiÖt vµ ®­îc tiÕn hµnh ë chÕ ®é ®o¹n nhiÖt vµ tù nhiÖt. Ph¶n øng (1) thuËn nghÞch, thu nhiÖt, møc ®é chuyÓn ho¸ phô thuéc vµ nhiÖt ®é nh­ sau: 50% ë 4000C, 90% ë 5000C vµ ®Õn 99% gÊp 10¸15 lÇn so víi xóc t¸c oxi, do ®ã trë lùc chÝnh cña qu¸ tr×nh lµ khuyÕch t¸n ngoµi. ë nhiÖt ®é 300¸5000C, vËn tèc ph¶n øng phô thuéc vµo vËn tèc dµi cña hçn hîp chÊt ph¶n øng cã n¨ng l­îng ho¹t ho¸ tõ 13¸20 kj/mol. Nghiªn cøu ®éng häc trªn xóc t¸c b¹c trong ®iÒu kiÖn thiÕu oxi nh­ ®· nãi ë trªn cho thÊy lµ ph¶n øng bÆc mét ®èi víi oxi [2- 14]. Trong ®ã: CF : nång ®é formaldehit. CO : nång ®é oxy. K : h»ng sè tèc ®é ph¶n øng. t : thêi gian. C¬ chÕ cña ph¶n øng chuyÓn hãa metanol t¹o thµnh formaldehit vÉn ch­a ®­îc chÊp nhËn.Tuy nhiªn mét vµi t¸c gi¶ ®· cho r»ng cã mét sù thay ®æi trong c¬ chÕ ë 650oC. Oxi ®­a vµo ®­îc ph©n bè cho c¸c ph¶n øng to¶ nhiÖt, ®Çu tiªn lµ ph¶n øng (2), (3) vµ mét phÇn cho c¸c ph¶n øng phô. L­îng kh«ng khÝ cÇn thiÕt phô thuéc vµo nhiÖt ®é ph¶n øng yªu cÇu. Ngoµi nhiÖt ®é ph¶n øng, mét nh©n tè quan träng n÷a ¶nh h­ëng ®Õn hiÖu suÊt formaldehit vµ chuyÓn ho¸ metanol lµ chÊt tr¬ cho vµo hçn hîp ph¶n øng, ®ã lµ h¬i n­íc cho vµo cïng víi metanol vµ nit¬ trong thµnh phÇn kh«ng khÝ vµ nÕu cÇn thiÕt lÊy tõ khÝ th¶i sau th¸p hÊp thô. §èi víi chÊt xóc t¸c b¹c, h¬i n­íc cã t¸c dông lµm gi¶m nhiÖt ®é ph¶n øng vµ lµm t¨ng ®é chän läc cña qu¸ tr×nh. Do b¶n th©n chÊt xóc t¸c kh¸c nhau trªn c¬ chÕ vµ ®éng häc ph¶n øng oxi ho¸ metanol thµnh formaldehit trªn xóc t¸c b¹c kh¸c víi xóc t¸c oxit. §Ó xóc t¸c b¹c cã thÓ oxi ho¸ metanol thµnh formaldehit hiÖu qu¶ h¬n ng­êi ta cho thªm vµo xóc t¸c nguyªn tè I (cã kh¨ n¨ng h×nh thµnh dung dÞch víi b¹c) nh­ng l­îng chÊt phô gia ph¶i Ýt ®Ó tr¸nh dehidro ho¸ formaldehit. Trong qu¸ tr×nh oxi ho¸ metanol thµnh formaldehit cÇn chÊt xóc t¸c cã ®é xèp, bÒ mÆt nhá vµ kÝch th­íc lç xèp nªn c¶i tiÕn chÊt xóc t¸c b¹c, ng­êi ta ®· nung mÉu xóc t¸c c«ng nghiÖp (36%Ag) thªm mét giê ë 5000C. MÆt kh¸c, ng­êi ta ®· nghiªn cøu sö dông c¸c chÊt mang kh¸c nhau: samèt xèp (Sr=0,3¸0,5 m2/g, R=10.000¸27.000A), silicagel, corundum, cacborundum, g-Al2O3 víi cì h¹t 1¸2mm. Trong sè c¸c nghiªn cøu trªn chØ cã samèt xèp vµ cacborundum tá ra hiÖu qu¶ so víi xóc t¸c ®¸ bät. ChÊt xóc t¸c b¹c/silicagel t¹o thµnh nhiÒu CO vµ ®é chän läc thµnh formaldehit kÐm (56¸70) víi xóc t¸c B¹c/g-Al2O3 l¹i cµng thÊp (kho¶ng 10%).HÖ b¹c/corundum cã tÝnh chän läc cao (90%) ë 480¸5100C vµ 80¸87% ë 6000C.Do ®ã, corundum cung cã kh¶ n¨ng thay thÕ ®¸ bät (nh­ng cÇn lo¹t hÕt g-Al2O3). a. C«ng nghÖ s¶n xuÊt formalin theo c«ng nghÖ BASF [19]. §Ó t¨ng ®é chuyÓn ho¸ chung vµ ®é chän läc cña xóc t¸c b¹c, tr­íc nh÷ng n¨m ®Çu 70, ng­êi ta ®· chó ý ®Õn c¸c hîp chÊt cña b¹c víi c¸c kim lo¹i nh­ Cu, chuyÓn ®éng, Zn, Mg, Ge, Ga, Be, alumino silicat, Te, Se, Sn, Bi, Sb. Khi thªm Cu, Mg, chuyÓn ®éng th× kh¶ n¨ng dehydro ho¸ cña b¹c t¨ng lªn vµ do ®ã t¨ng møc chuyÓn ho¸ chung.Thªm Se, Sb lµm t¨ng tÝnh chän läc theo h­íng t¹o thµnh formaldehit.Ng­êi ta ®Ò nghÞ ¸p dông vµo c«ng nghiÖp mét sè hîp kim: Ag-Mg, Ag-Cu, Ag-chuyÓn ®éng vµ Ag-Sb.Víi ®Æc tr­ng cña qu¸ tr×nh ph¶n øng b¹c nh­ trªn, c¸c c«ng nghÖ hiÖn nay cña thÕ giíi ®Òu dïng thiÕt bÞ ph¶n øng theo d©y chuyÒn sau: (h×nh 1) *ThuyÕt minh d©y chuyÒn: Hçn hîp nguyªn liÖu metanol-kh«ng khÝ s¹ch ®­îc n¹p vµo thiÕt bÞ bèc h¬i (1). Tõ thiÕt bÞ bèc h¬i hçn hîp metanol - kh«ng khÝ ®­îc ®­a qua thiÕt bÞ ®un qu¸ nhiÖt(7). Hçn hîp khÝ ra khái (7) cã nhiÖt ®é cÇn thiÕt råi ®i vµo thiÕt bÞ ph¶n øng (2), trong thiÕt bÞ ph¶n øng dßng khÝ nguyªn liÖu ®i qua c¸c líp xóc t¸c b¹c tinh thÓ dµy 25¸30mm. Líp xóc t¸c ®Æt trªn l­íi thÐp kh«ng gØ vµ phñ b»ng tÊm l­íi b¹c hoÆc ®ång, v× thÕ cho phÐp ph¶n øng x¶y ra tèi ­u trªn bÒ mÆt xóc t¸c. D­íi t¸c dông cña nhiÖt ®é vµ xóc t¸c, metanol bÞ oxi ho¸ t¹o thµnh formaldehit. Toµn bé s¶n phÈm ra khái thiÕt bÞ ph¶n øng ®­îc lµm nguéi nhê nåi h¬i, nåi h¬i dïng ®Ó t¸i sinh h¬i n­íc qu¸ nhiÖt vµ còng ®ång thêi lµm l¹nh khÝ ph¶n øng nãng ®Õn nhiÖt ®é 1500C t­¬ng øng víi ¸p suÊt h¬i n­íc 0,5MPa vµ ®­îc ®­a vµo th¸p hÊp thô (4). ë ®©y, khÝ ®i tõ d­íi lªn, chÊt láng ®i tõ trªn xuèng.Th¸p hÊp thô ®Öm 4 bËc lµm viÖc theo tõng bËc vµ cã lµm l¹nh trung gian, nªn nång ®é formaldehit t¨ng theo tõng bËc. S¶n phÈm ®¸y cña th¸p hÊp thô qua trao ®æi nhiÖt (3) ®Ó bèc h¬i mét phÇn nguyªn liÖu tuÇn hoµn, mét phÇn quay l¹i th¸p, phÇn cßn l¹i thu ®­îc dung dÞch cã nång ®é formaldehit kho¶ng 40¸50% träng l­îng, 1,3% träng l­îng metanol, 0,01% träng l­îng axit formic. §Ó ®iÒu chØnh tØ lÖ metanol-kh«ng khÝ ng­êi ta tuÇn hoµn mét l­îng khÝ th¶i tõ th¸p hÊp thô (4).Thµnh phÇn khÝ th¶i gåm: N2, CO2, h¬i n­íc cã t¸c dông pha lo·ng hçn hîp khÝ, gi¶m nång ®é oxi ®Ó tr¸nh formaldehit t¹o thµnh bÞ oxi ho¸ tiÕp tôc. *§Æc tr­ng cña c«ng nghÖ: §Æc tr­ng cña c«ng nghÖ nµy lµ duy tr× chÕ ®é chuyÓn ho¸ metanol ë nhiÖt ®é cao ®Õn 7200C. Do ®ã, metanol cã møc chuyÓn ho¸ cao, s¶n phÈm cã nång ®é formaldehit 40¸55% träng l­îng, 1,3% träng l­îng metanol vµ 0,015 träng l­îng axit formic. HiÖu suÊt qu¸ tr×nh ®¹t tõ 89,5¸90,5%. S¶n phÈm ph¶n øng sau khi lµm l¹nh ®i vµo th¸p hÊp thô ®Öm 4 bËc cã lµm l¹nh trung gian, nhiÖt l­îng cÇn thiÕt ®Ó bèc h¬i hçn hîp metanol-n­íc ®­îc cÊp nhê trao ®æi nhiÖt víi s¶n phÈm ë ®¸y th¸p hÊp thô. KhÝ th¶i sau th¸p hÊp thô chøa kho¶ng 4,8% thÓ tÝch CO2; 0,3% thÓ tÝch CO vµ 1,8% thÓ tÝch hi®ro víi nhiÖt n¨ng 1970Kj/m3, ®­îc ®èt ®Ó sinh h¬i vµ chèng « nhiÔm m«i tr­êng, tæng l­îng khÝ ch¸y lµ 3 tÊn/100 tÊn formaldehit s¶n xuÊt ®­îc. Nhê vËy, cïng víi viÖc tËn dông nhiÖt ph¶n øng cã thÓ s¶n xuÊt 3 tÊn h¬i/1tÊn formaldehit. Ngoµi ra nhê dïng th¸p hÊp thô nhiÒu bËc nªn cã thÓ tËn dông nhiÖt hÊp thô ®Ó t¹o hçn hîp h¬i metanol –kh«ng khÝ. Thêi gian lµm viÖc cña xóc t¸c phô thuéc vµo hµm l­îng t¹p chÊt trong nguyªn liÖu vµ nhiÖt ®é cña qu¸ tr×nh.V× vËy, trong thêi gian lµm viÖc xóc t¸c dÔ bÞ ngé ®éc vµ gi¶m dÇn ho¹t tÝnh do tiÕp xóc l©u víi nhiÖt ®é ph¶n øng cao, tèc ®é n¹p liÖu cao, c¸c tinh thÓ b¹c sÏ tr¬ nªn bÞ kÕt khèi lµ nguyªn nh©n viÖc t¨ng ¸p suÊt h¬i ®i qua líp xóc t¸c. Xóc t¸c ph¶i ®­îc thay thÕ sau 3 ®Õn 4 th¸ng. Xóc t¸c cã thÓ t¸i sinh b»ng ph­¬ng ph¸p ®iÖn ph©n, v× dung dÞch formaldehit ¨n mßn thÐp cacbon nªn tÊt c¶ c¸c phÇn thiÕt bÞ mµ dung dÞch formaldehit ®i qua ph¶i ®­îc lµm b»ng thÐp chèng ¨n mßn. H¬n n÷a tÊt c¶ c¸c èng dÉn n­íc còng nh­ èng dÉn khÝ ph¶i ®­îc lµm b»ng kim lo¹i nh»m b¶o vÖ xóc t¸c b¹c chèng l¹i sù ngé ®éc xóc t¸c. NÕu nhiÖt ®é phï hîp th× n¨ng suÊt thiÕt bÞ t¨ng khi ®­êng kÝnh thiÕt bÞ t¨ng, thiÕt bÞ ph¶n øng lín nhÊt 3,2m n¨ng suÊt ®¹t ®­îc lµ 72.000tÊn/n¨m (tÝnh to¸n theo % khèi l­îng formaldehit). b. C«ng nghÖ chuyÓn ho¸ kh«ng hoµn toµn vµ ch­ng thu håi metanol[16]. C«ng nghÖ chuyÓn ho¸ nµy ®­îc sö dông cña h·ng ICI, ®­îc thÓ hiÖn ë h×nh 2. *ThuyÕt minh d©y chuyÒn: Hçn hîp nguyªn liÖu giµu metanol tinh khiÕt vµ kh«ng khÝ s¹ch ®­îc ®­a vµo thiÕt bÞ bèc h¬i (1). Sau ®ã h¬i metanol –kh«ng khÝ ®­îc kÕt hîp víi h¬i n­íc cho qua thiÕt bÞ ®un nãng qu¸ nhiÖt råi ®i vµo thiÕt bÞ ph¶n øng (2). Hçn hîp ph¶n øng ®i qua líp xóc t¸c b¹c tinh thÓ máng hoÆc ®i qua xóc t¸c l­íi b¹c, sù chuyÓn ho¸ kh«ng hoµn toµn vµ ph¶n øng oxi ho¸ t¹o thµnh formaldehit thùc hiÖn ë 590¸6500C, c¸c ph¶n øng phô ®­îc khèng chÕ ë nhiÖt ®é nµy. Sau khi ra khái líp xóc t¸c, hçn hîp h¬i ®­îc lµm nguéi nhanh chãng b»ng h¬i n­íc ®Ó lµm gi¶m sù ph©n huû formaldehit, sau ®ã ®­îc ®­a qua thiÕt bÞ lµm l¹nh (8) ®Ó æn ®Þnh nhiÖt ®é råi ®i vµo th¸p hÊp thô (3). Dung dÞch ®i ra ë ®¸y th¸p hÊp thô cã thµnh phÇn chñ yÕu lµ: formaldehit, n­íc vµ metanol ch­a chuyÓn ho¸, kho¶ng 42% formaldehit ë ®¸y th¸p hÊp thô ®­îc ®­a vµo th¸p ch­ng cÊt (4) ®Ó ch­ng t¸ch vµ thu håi metanol. Th¸p ch­ng cÊt (4) ®­îc ®èt nãng b»ng thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt h¬i n­íc, s¶n phÈm thu ®­îc tõ ®¸y th¸p ch­ng cÊt ®­îc lµm l¹nh vµ qua thiÕt bÞ trao ®æi ion (5) ®Ó t¸ch bít l­îng axit formic ®Õn møc thÊp h¬n 50 mg/kg. S¶n phÈm cuèi cïng thu ®­îc lµ dung dÞch formaldehit chøa kho¶ng 55% träng l­îng, Ýt h¬n 1% träng l­îng metanol. *§Æc tr­ng cña c«ng nghÖ [19]: Qu¸ tr×nh nµy tiÕn hµnh ë 590 ¸ 650oC. Do nhiÖt ®é t­¬ng ®èi thÊp nªn Ýt x¶y ra c¸c ph¶n øng phô vµ hiÖu suÊt cã thÓ ®¹t 91 ¸ 92%, nh­ng ®é chuyÓn hãa chØ ®¹t 82 ¸ 85%. Dung dÞch sau th¸p hÊp thô ®­îc ®­a ®i ch­ng luyÖn thu håi metanol. S¶n phÈm sau ch­ng cÊt chøa 55% formaldehyde vµ 1% metanol, khÝ th¶i còng cã thµnh phÇn gièng c«ng nghÖ BASF vµ còng tËn dông nhiÖt ch¸y ®Ó t¹o h¬i n­íc nh­ng tèn h¬i n­íc cho viÖc ch­ng t¸ch metanol. Ngoµi ra, formaldehit ®­îc s¶n xuÊt chñ yÕu tõ metanol, vµ nãi chung nã ®­îc tiÕn hµnh b»ng c¸ch cho hçn hîp metanol –kh«ng khÝ ®i qua chÊt xóc t¸c ®­îc ®èt nãng ë ¸p suÊt khÝ quyÓn vµ hÊp thô khÝ ®i ra b»ng n­íc ®Ó nhËn ®­îc dung dÞch formaldehit. Trong c«ng nghiÖp ®Ó chuyÓn ho¸ metanol thµnh formaldehit, th× ng­êi ta th­êng sö dông xóc t¸c ë c¸c d¹ng sau: l­íi, tinh thÓ hoÆc lµ xóc t¸c trªn ®¸ bät. C¸c qu¸ tr×nh dïng xóc t¸c b¹c ®Ó chuyÓn ho¸ metanol thµnh formaldehit lµ ®­îc tiÕn hµnh ë ¸p suÊt khÝ quyÓn vµ cã nhiÖt ®é lµ 600¸7200C víi thµnh phÇn hçn hîp metanol–kh«ng khÝ chøa 45¸50% metanol. Do ®ã qu¸ tr×nh lµ dehydro ho¸ nh­ng sau ph¶n øng vÉn cßn d­ mét l­îng lín metanol vµ qu¸ tr×nh ph¶n øng x¶y ra ë tr¹ng th¸i ®o¹n nhiÖt do qu¸ tr×nh oxi ho¸ bï ®¾p mét phÇn nµo ®ã cho ph¶n øng thu nhiÖt vµ ®­a hçn hîp ph¶n øng ®Õn 600¸7200C. Víi ®Æc tr­ng cña ph¶n øng xóc t¸c b¹c nh­ trªn th× hiÖn nay c¸c nhµ c«ng nghÖ sö dông líp xóc t¸c máng 25¸30mm ®Æt ngay trªn thiÕt bÞ lµm l¹nh èng chïm, hçn hîp ph¶n øng ®­îc lµm l¹nh nhanh ®Õn 1500C, ¸p suÊt h¬i n­íc t¹o thµnh lµ 0,5MPa, s¶n phÈm ph¶n øng ®­îc lµm l¹nh nhanh ®Ó tr¸nh ph©n huû formaldehit theo ph¶n øng sau: HCHO CO + H2 Víi tû lÖ metanol-kh«ng khÝ nh­ trªn lµ thiÕu oxi, hµm l­îng hi®ro trong kh«ng khÝ th¶i sau th¸p hÊp thô lµ 18¸20% thÓ tÝch nh­ng nh×n chung toµn bé qu¸ tr×nh lµ táa nhiÖt vµ ®­îc tiÕn hµnh ë chÕ ®é ®o¹n nhiÖt vµ tù nhiÖt. VËy thiÕt bÞ ph¶n øng dïng xóc t¸c b¹c cã ­u ®iÓm lµ: Cã n¨ng suÊt lín, do chÕ ®é tù nhiÖt nªn thêi gian më m¸y nhanh nh­ng còng nh¹y so víi c¸c th«ng sè ®Çu vµo. Do qu¸ tr×nh chuyÓn ho¸ metanol tiÕn hµnh ë nhiÖt ®é cao nªn hiÖu suÊt hiÖu suÊt t¹o thµnh formaldehit thÊp h¬n, ®Æc biÖt lµ trong c«ng nghÖ BASF. MÆt kh¸c, ®é chän läc cña formaldehit thÊp (kho¶ng 8%) trong s¶n phÈm chøa tíi 5,1% metanol cßn l¹i lµ chÊt kh¸c, chÊt l­îng s¶n phÈm nh­ vËy th× kh«ng phï hîp cho viÖc tæng hîp nhùa vµ chÊt dÎo nÕu kh«ng qua giai ®o¹n t¸ch metanol . Ngoµi ra, do lµm viÖc víi nång ®é metanol cao cña hçn hîp ph¶n øng, c¸c thiÕt bÞ c«ng nghÖ cã kÝch th­íc nhá h¬n so víi c«ng nghÖ sö dông xóc t¸c oxit khi cïng c«ng suÊt vµ do ®ã tiªu hao n¨ng l­îng vµ vèn ®Çu t­ thÊp h¬n, chèng « nhiÔm m«i tr­êng. V× vËy, ®Ó nghiªn cøu hoµn thiÖn hÖ xóc t¸c b¹c th× c¸c hÖ xóc t¸c oxit ®· ra ®êi ®¸p øng vµ kh¾c phôc ®­îc nh÷ng yªu cÇu ®Æt ra ë trªn, nh­ng bªn c¹nh ®ã nã vÉn cßn cã nh÷ng nh­îc ®iÓm nh­ lµ ®­êng èng cña thiÕt bÞ lín ®Ó ®¶m b¶o cïng c«ng suÊt víi xóc t¸c b¹c, l­îng formaldehit sinh t¹o ra thÊp.Nh­ng cã ­u ®iÓm lín lµ cã ®é chuyÓn hãa cao, do d­ nång ®é cña O2 nªn khi tuÇn hoµn l¹i th× gi¶m nång ®é O2 do ®ã cã thÓ ®­a ®­îc l­îng metanol vµo kho¶ng 9¸10% nªn tiÕt kiÖm ®­îc n¨ng l­îng cña m¸y nÐn vµ m¸y thæi, s¶n phÈm cã ®é chän läc cao.Do qu¸ tr×nh c«ng nghÖ oxi ho¸ metanol thµnh formaldehit trªn c¬ së xóc t¸c oxit ra ®êi vµ ®ang ®._.gãp c¶nh quan xung quanh t¹o thµnh khung c¶nh kiÕn tróc c«ng nghiÖp ®« thÞ. 2)Nguyªn t¾c thiÕt kÕ tæng mÆt b»ng nhµ m¸y. Th«ng th­êng cã hai nguyªn t¾c thiÕt kÕ tæng mÆt b»ng ®ã lµ nguyªn t¾c hîp khèi vµ nguyªn t¾c ph©n vïng, ë ViÖt Nam ph­¬ng ph¸p ph©n vïng th­êng ®­îc sö dông h¬n ph­¬ng ph¸p hîp khèi, do khÝ hËu vµ ®Þa chÊt cña n­íc ta kh«ng thu©n lîi ®Ó ¸p dông ph­¬ng ph¸p nµy dÉn ®Õn chi phÝ ban ®Çu t¨ng. Trong khu©n khæ ®å ¸n nµy, nhµ m¸y s¶n xuÊt formalin còng ®­îc thiÕt kÕ theo ph­¬ng ph¸p ph©n vïng. Theo ph­¬ng ph¸p nµy toµn bé khu ®Êt sÏ ®­îc ph©n chia thµnh c¸c vïng theo ®Æc ®iÓm sö dông. Ph­¬ng ph¸p ph©n vïng cã nh÷ng ­u ®iÓm sau: DÔ dµng qu¶n lý theo ngµnh, theo c¸c x­ëng, theo c¸c c«ng ®o¹n cña d©y chuyÒn s¶n xuÊt. ThÝch hîp víi nhµ m¸y cã nh÷ng x­ëng, nh÷ng c«ng ®o¹n cã c¸c ®Æc ®iÓm vµ ®iÒu kiÖn s¶n xuÊt kh¸c nhau. §¶m b¶o ®­îc c¸c yªu cÇu vÖ sinh c«ng nghiÖp, dÓ dµng xö lý c¸c bé phËn ph¸t sinh c¸c ®iÒu kiÖn bÊt lîi trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt nh­ khÝ ®éc, bôi, ch¸y næ … DÔ dµng bè trÝ hÖ thèng giao th«ng bªn trong nhµ m¸y . ThuËn lîi trong qu¸ tr×nh ph¸t triÓn, më réng nhµ m¸y . Phï hîp víi ®Æc ®iÓm khÝ hËu ë n­íc ta. Ph­¬ng ph¸p nµy chia diÖn tÝch nhµ m¸y thµnh 4 vïng chÝnh nh­ sau: a)Vïng tr­íc nhµ m¸y: Lµ n¬i bè trÝ c¸c nhµ hµnh chÝnh qu¶n lý, phôc vô sinh ho¹t, cæng ra vµo,gara «t«, xe ®¹p…®èi víi c¸c nhµ m¸y cã quy m« nhá hoÆc møc ®é hîp khèi lín, vïng tr­íc nhµ m¸y hÇu nh­ ®­îc dµnh diÖn tÝch cho b·i ®ç xe « t«, xe g¾n m¸y, xe ®¹p, cæng b¶o vÖ, b¶n tin vµ c©y xanh c¶nh quan. Tuú theo ®Æc ®iÓm s¶n xuÊt, quy m« cña nhµ m¸y vïng nµy th­êng chiÕm tõ 4 ¸ 20% diÖn tÝch toµn nhµ m¸y. b)Vïng s¶n xuÊt: lµ n¬i bè trÝ c¸c nhµ vµ c«ng tr×nh n»m trong d©y chuyÒn s¶n xuÊt chÝnh cña nhµ m¸y, nh­ c¸c x­ëng s¶n xuÊt chÝnh, phô, s¶n xuÊt phô trî… Tuú theo ®Æc ®iÓm s¶n xuÊt vµ quy m« cña nhµ m¸y, diÖn tÝch vïng nµy chiÕm tõ 22 ¸ 52% diÖn tÝch cña nhµ m¸y. §©y lµ vïng quan träng nhÊt cña nhµ m¸y nªn khi bè trÝ cÇn l­u ý mét sè ®iÓm sau: Khu ®Êt ®­îc ­u tiªn vÒ ®Þa h×nh, ®Þa chÊt còng nh­ vÒ h­íng. C¸c nhµ s¶n xuÊt chÝnh, phô, phô trî s¶n xuÊt cã nhiÒu c«ng nh©n nªn bè trÝ gÇn phÝa cæng hoÆc gÇn trôc giao th«ng cña nhµ m¸y vµ ®Æc biÖt ­u tiªn vÒ h­íng. C¸c nhµ x­ëng trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt g©y ra c¸c t¸c ®éng sÊu nh­ tiÕng ån lín, l­îng bôi, nhiÖt th¶i ra nhiÒu hoÆc dÓ cã sù cè ( dÔ ch¸y, dÔ næ hoÆc rß rØ c¸c ho¸ chÊt cã h¹i ) nªn ®Æt ë cuèi h­íng giã vµ tu©n thñ chÆt chÏ an toµn vÖ sinh c«ng nghiÖp. c)Vïng c¸c c«ng tr×nh phô: N¬i ®Æt c¸ nhµ vµ c«ng tr×nh cung cÊp n¨ng l­îng bao gåm c¸c c«ng tr×nh cung cÊp ®iÖn, h¬i, n­íc, xö lý khÝ th¶i vµ c¸c c«ng tr×nh b¶o qu¶n kû thuËt kh¸c. Tuú møc ®é cña c«ng nghÖ yªu cÇu vïng nµy cã diÖn tÝch 14 ¸ 28% diÖn tÝch nhµ m¸y. Khi bè trÝ c¸c c«ng tr×nh trªn vïng nµy ng­êi thiÕt kÕ cÇn l­u ý mét sè ®iÓm sau : H¹n chÕ tèi ®a chiÒu dµi cña hÖ thèng cung cÊp kû thuËt b»ng c¸ch bè trÝ hîp lý gi÷a n¬i cung cÊp vµ n¬i tiªu thô n¨ng l­îng, (khai th¸c tèi ®a hÖ thèng cung cÊp ë trªn kh«ng vµ ngÇm d­íi mÆt ®Êt ). TËn dông c¸c khu ®Êt kh«ng lîi vÒ h­íng hoÆc giao th«ng ®Ó bè trÝ c¸c c«ng tr×nh phô . C¸c c«ng tr×nh cã nhiÒu bôi hoÆc chÊt th¶i bÊt lîi ®Òu ph¶i chó ý ë cuèi h­íng giã chñ ®¹o . d) Vïng kho tµng vµ phôc vô giao th«ng: Trªn ®ã bè trÝ c¸c hÖ thèng kho tµng, bÕn b·i, c¸c cÇu bèc dì hµng ho¸, s©n ga nhµ m¸y …Tuú theo ®iÒu kiÖn s¶n xuÊt vµ quy m« cña nhµ m¸y, vïng nµy th­êng chiÕm tõ 23 ¸ 37% diÖn tÝch nhµ m¸y. Khi bè trÝ vïng nµy ng­êi thiÕt kÕ cÇn l­u ý mét sè ®iÓm sau : Cho phÐp bè trÝ c¸c h¹ng môc c«ng tr×nh trªn vung ®Êt kh«ng ­u tiªn vÒ h­íng. Nh­ng ph¶i phï hîp víi n¬i tËp kÕt nguyªn liÖu vµ s¶n phÈm cña nhµ m¸y dÔ dµng thuËn tiÖn cho viÖc xuÊt, nhËp hµng. Tuy nhiªn, trong nhiÒu tr­êng hîp do ®Æc ®iÓm vµ yªu cÇu cña day chuyÒn c«ng nghÖ, hÖ thèng kho tµng cã thÓ bè trÝ g¾n liÒn trùc tiÕp víi bé phËn s¶n xuÊt. V× vËy, ng­êi thiÕt kÕ cã thÓ bè trÝ mét phÇn hÖ thèng kho tµng ngay trong khu vùc s¶n xuÊt. 3) C¸c h¹ng môc c«ng tr×nh trong ph©n x­ëng s¶n xuÊt Formalin. STT Tªn c¸c h¹ng môc c«ng tr×nh Sè l­îng DiÖntÝch (m2) Réng (m) Dµi (m 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 Nhµ hµnh chÝnh 2 tÇng Nhµ s¶n xuÊt 2 tÇng. Nhµ chøa metanol. Nhµ chøa formalin. Nhµ kho. Nhµ ®Ó xe « t«. Nhµ ®Ó xe m¸y, xe ®¹p. Nhµ ¨n héi tr­êng. Nhµ sö lý khÝ th¶i Nhµ phßng ch¸y, ch÷a ch¸y. Tr¹m biÕn ¸p. Tr¹m cung cÊp vµ sö lý n­íc. Nhµ chøa dÇu t¶i nhiÖt. Phßng th­êng trùc. Nhµ söa ch÷a c¬ khÝ. Khu ®Êt dù tr÷. Phßng thÝ nghiÖm. Tr¹m b¬m. Nhµ s¶n xuÊt phô trî. Nhµ s¶n xuÊt h¬i n­íc. Nhµ vÖ sinh vµ nhµ nghØ thay ca. Nhµ söa ch÷a ®iÖn. 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 4 1 1 1 1 1 1 1 1 1728 2880 288 576 288 216 216 1728 108 108 108 162 324 16 720 1152 162 54 162 162 162 162 18 24 12 12 12 9 9 18 9 9 9 9 12 2 24 24 9 6 9 9 9 9 48 60 24 48 24 24 24 48 12 12 12 18 18 2 30 48 18 9 18 18 18 18 Tæng diÖn tÝch 11374 Tæng sè c«ng nh©n cña ph©n x­ëng kho¶ng 347 ng­êi ho¹t ®éng liªn tôc 24/24 giê, chia lµm 3 ca mçi ca cã h¬n 115 ng­êi lµm viÖc. Nhµ s¶n xuÊt formalin di tõ nguyªn liÖu metanol vµ kh«ng khÝ c«ng suÊt 106000 tÊn/n¨m. DiÖn tÝch nhµ m¸y. Chän m¶nh ®Êt x©y dùng nhµ m¸y lµ h×nh ch÷ nhËt cã kÝch th­íc 180 200 VËy SNM = 180 200= 36000 m2. DiÖn tÝch x©y dùng. SXD = diÖn tÝch cña nhµ m¸y + diÖn tÝch s©n bª t«ng. Trong ®ã: + DiÖn tÝch cña nhµ m¸y lµ :11374 m2 . + DiÖn tÝch s©n bª t«ng lµ: 4000 m2 . VËy SXD = 11374 +4000 =14374 m2 . DiÖn tÝch sö dông. SSD = diÖn tÝch x©y dùng + diÖn tÝch chiÕm ®Êt cña ®­êng s¾t, ®­êng bé, mÆt b»ng hÖ thèng èng kû thuËt, hÌ r¶nh tho¸t n­íc(S). HÖ sè S cña nhµ m¸y lµ : S = 5000 m2. VËy SSD = 14374 + 5000 = 19374 m2. HÖ sè x©y dùng. HÖ sè sö dông. 4.. Maët baèng nhaø maùy. a) Keát caáu chòu löïc nhaø saûn xuaát: Söû duïng beâtoâng coát theùp toaøn khoái. Nhaø khoâng caàn coù truïc, coät beâtoâng coát theùp coù kích thöôùc vaø tieát dieän laø 400 ´ 400 mm. Moùng truïc beâtoâng coát theùp ñoå toaøn khoái taïi choã theo kích thöôùc coät. Daàm moùng ñaët treân neàn moùng kích thöôùc 250 ´ 400mm, l = 5950mm. Daàm saøn beâtoâng coát theùp ñoå toaøn khoái, kích thöôùc daà chính 400 ´ 400mm, daàm phuï coù kích thöôùc 250 ´ 400mm. Maùi che baèng beâtoâng coát theùp coù laép gheùp, coù ñoä doác i = 1:1,2. Neàn vaø saøn baèng vaät lieäu chòu ñöôïc axit vaø chaùy noå. b) Maët baèng nhaø saûn xuaát: Do yeâu caàu cuûa daây chuyeàn coâng ngheä, caùc thieát bò ñöôïc boá trí ôû giöõa phaân xöôûng saûn xuaát. ÔÛ ñaây daây chuyeàn ñöôïc ñaûm baûo saûn xuaát moät caùch lieân tuïc, thuaän lôïi neân vieäc boá trí caùc thieát bò phaûi theo quy taéc sau: + Khoaûng caùch an toaøn ñeå laép ñaët laø 2m. + Khoaûng caùch giao thoâng ôû giöõa laø 3m. + Caùc thieát bò ñöôïc boá trí doïc trong nhaø saûn xuaát. + Chieàu daøi nhaø saûn xuaát laø 60m. + Nhòp nhaø caàn thieát laø 24m. + Choïn löôùi coät laø 9 ´ 6m. Nhaø saûn xuaát coù 2 taàng, goàm 10 nhòp nhaø, cao 12m seõ ñöôïc ñaûm baûo an toaøn, chaéc chaén hôn, coâng nhaân seõ thao taùc thuaän lôïi hôn. 5.. Maët caét nhaø saûn xuaát. Do yªu cÇu bè trÝ thiÕt bÞ nªn chän nhµ s¶n xuÊt 2 tÇng ®é cao cña nhµ c¨n cø vµo c¸c ®Æc ®iÓm sau: + Caên cöù vaøo ñoä thoâng gioù chieáu saùng, phaân xöôûng khi saûn xuaát coù phaùt sinh raát nhieàu nhieät, khí ñoäc neân ñoøi hoûi phaûi thoâng gioù chieáu saùng töï nhieân. + Caên cöù vaøo chieàu cao thieát bò vaø yeâu caàu vaän chuyeån laép raùp thieát bò. Theo quy ñònh thoáng nhaát hoùa, chieàu cao cuûa taàng 1 laø 6m vaø taàng 2 laø 6m. + Caên cöù vaøo chieàu cao thoâng gioù vaø chieáu saùng töï nhieân cho phaân xöôûng neân laáy kích thöôùc cöûa ra vaøo laø 3 ´ 3 m vaø kích thöôùc cöûa soå laø 3 ´ 3 m. PhÇn IV: AN TOµN LAO §éNG TRONG PH¢N X¦ëNG Vµ M¤I TR¦êNG I. AN TOµN LAO §éNG 1) Môc ®Ých. Trong chÕ ®é x· héi chñ nghÜa con ng­êi lµ vèn quý nhÊt. Do ®ã trong lao ®éng s¶n xuÊt ph¶i ®¶m b¶o søc khoÎ vµ tÝnh m¹ng vµ søc khoÎ ng­êi lao ®éng víi khÈu hiÖu: '' S¶n xuÊt ph¶i an toµn ,an toµn ®Ó s¶n xuÊt''. §Æc biÖt ®èi víi ph©n x­ëng s¶n xuÊt formalin, c«ng nh©n ph¶i lµm viÖc trong m«i tr­êng ®éc h¹i, dÔ ch¸y næ, nguy c¬ m¾c bÖnh nghÒ nghiÖp cao. V× vËy, c«ng t¸c ®¶m b¶o an toµn lao ®éng v« cïng thiÕt thùc vµ quan träng . Hµng n¨m ph¶i tæ chøc häc tËp, båi d­ìng,kiÓm tra vÒ an toµn lao ®éng cho tÊt c¶ c¸n bé, c«ng nh©n trong ph©n x­ëng. 2) C«ng t¸c an toµn lao ®éng. C«ng t¸c b¶o hé lao ®éng mang tÝnh chÊt quÇn chóng v× vËy c«ng t¸c nµy phÇn lín lµ do c¸n bé, c«ng nh©n viªn chøc cña toµn nhµ m¸y tù gi¸c thùc hiÖn. Ph©n x­ëng ph¶i th­êng xuyªn tuyªn truyÒn gi¸o dôc ®Ó mäi ng­êi thÊm nhuÇn c¸c néi dung cña nhµ m¸y vÒ c«ng t¸c b¶o hé lao ®éng ®ång thêi th­êng xuyªn kiÓm tra viÖc thùc hiÖn c¸c quy ®Þnh, an toµn trong thao t¸c kÞp thêi gi¶i quyÕt c¸c sù cè khi x¶y ra . ¨Trang bÞ b¶o hé lao ®éng: Trong nhµ m¸y nhÊt lµ trong ph©n x­ëng s¶n xuÊt formalin viÖc cÊp phÊt ®Çy ®ñ c¸c trang thiÕt bÞ b¶o hé lao ®éng nh­ quÇn ¸o, giÇy mò, g¨ng tay lµ rÊt cÇn thiÕt. §©y lµ yÕu tè ng¨n ngõa c¸c tai n¹n lao ®éng vµ c¸c bÖnh nghÒ nghiÖp. §ång thêi ph¶i nh¾c nhë th­êng xuyªn viÖc kiÓm tra thùc hiÖn cña c«ng nh©n trong vÊn ®Ò nµy . ¨C¸c biÖn phap kû thuËt: C¸c biÖn ph¸p kû thuËt quan träng cô thÓ nhÊt lµ: Thùc hiÖn nghiªm chØnh chÕ ®é b¶o d­ìng m¸y mãc ®óng ®Þnh kú . Trang bÞ ®Çy ®ñ c¸c c«ng cô s¶n xuÊt ®óng tiªu chuÈn kû thuËt. C¸c c«ng cô thiÕt bÞ ®iÖn ph¶i che ch¾n ®óng kû thuËt, ®¶m b¶o an toµn . C¸c hÖ thèng chuyÓn ®éng nh­ m« t¬ ,xÝch ph¶i bao che ch¾c ch¾n . KiÓm tra nguyªn liÖu tr­íc khi ®­a vµo s¶n xuÊt . Th­êng xuyªn kiÓm tra èng dÉn nguyªn liÖu vµ s¶n phÈm. TuyÖt ®èi tu©n theo c¸c yªu cÇu vÒ c«ng nghÖ. Sö dông c¸c ho¸ chÊt dÔ ch¸y nç ,g©y báng ph¶i tuyÖt ®èi an toµn . Ph©n x­ëng ®­îc ®Æt ë n¬i tho¸ng m¸t, xa khu d©n c­, trong x­ëng cã ®ñ ¸nh s¸ng, th«ng tho¸ng kh«ng khÝ, cã ®ñ diÖn tÝch vµ kh«ng gian ®Ó c«ng nh©n thao t¸c v©n hµnh dÔ dµng, bè trÝ thiÕt bÞ vµ dông cô nghiªn cøu, cøu ho¶, hÖ thèng cö ph¶i thuËn tiÖn, dÔ tho¸t ra ngoµi khi cã ho¶ ho¹n. Khi x¶y ra ch¸y næ, c¸n bé c«ng nh©n trong ph©n x­ëng ph¶i nhanh chãng tho¸t ra khái n¬i lµm viÖc ®ång thêi sö dông nh÷ng ph­¬ng tiÖn ch÷a ch¸y s½n cã vµ kÞp thêi b¸o cho bé phËn cøu ho¶ cña xÝ nghiÖp hay ®¬n vÞ phßng ch÷a ch¸y gÇn nhÊt gióp ®ì. 3) C«ng t¸c vÖ sinh trong lao ®éng. CÇn lµm tèt vÖ sinh trong lao ®éng ®Ó tr¸nh bÖnh nghÒ nghiÖp. Trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt ph¶i cã hÖ thèng th«ng giã vµ chiÕu s¸ngcho ph©n x­ëng. ¨HÖ thèng th«ng giã: Trong qu¸ tr×nh vËn hµnh m¸y mãc, c¸c qu¸ tr×nh ph¸t sinh nhiÖt, c¸c h¬i khÝ ®éc h¹i. Do ®ã ph¶i cã biÖn ph¸p th«ng giã cho tõng c«ng ®o¹n ,ngoµi th«ng giã tù nhiªn c©n ph¶i bè trÝ hÖ thèng hót giã. Gi¶i ph¸p thiÕt kÕ kiÕn tróc ®Ó t¨ng hiÖu qu¶ th«ng giã tù nhiªn cho ph©n x­ëng s¶n xuÊt: Chän h×nh thøc m¸i thÝch hîp. Chän h­íng nhµ hîp lý ®ãn ®­îc h­íng giã m¸t vÒ mïa hÌ. §èi víi ph©n x­ëng s¶n xót formalin mang tÝnh chÊt nãng, bôi, ®éc th× cÇn ph¶i lµm cö m¸i vµ cã tÊm ch¾n giã bªn cöa m¸i ®Ó t¨ng hiÖu øng ®èi l­u vµ hót kh«ng khÝ tõ trong nhµ ra ngoµi vµ bá líp c¸ch nhiÖt tõ trong nhµ ra ngoµi . +ThiÕt kÕ hai tÇng cöa sæ trë lªn . - TÇng d­íi lµm cöa sæ theo trôc quy ngang ë gi÷a, më ®­îc vÞ trÝ n»m ngang vµ nghiªng 450 . - TÇng trªn nªn lµm theo truc quay ngang b¶n lÒ ë trªn, hoÆc lµm lç tho¸ng, ®Æt gÇn kÕt cÊu m¸i ®Ó kh«ng khÝ nãng, bÈn kh«ng tÝch tô l¹i phÝa trªn cöa x­ëng . ThiÕt kÕ c¸c tÊm chíp bª t«ng (hoa bª t«ng th«ng giã ) ë phÇn t­êng bªn d­ãi vµ bªn trªn cöa sæ. §Æt ®­êng èng dÉn nhiÖt chÝnh ®i ngoµi nhµ, dÉn c¸c ®­êng èng nh¸nh vµo nhµ ®Ó ®ì tæn thÊt nhiÖt g©y nãng nhµ. ¨HÖ thèng chiÕu s¸ng: CÇn ®¶m b¶o c¸c yÕu tè chiÕu s¸ng tù nhiªn vµ chiÕu s¸ng nh©n t¹o ®Ó t¹o ®iÒu kiÖn cho c«ng nh©n lµm viÖc tho¶i m¸i vµ ®¹t n¨ng suÊt cao, tr¸nh bÖnh nghÒ nghiÖp. CÇn ®¶m b¶o ¸nh s¸ng cho c«ng nh©n lµm viÖc ca ®ªm. 4)C¸c yªu cÇu chiÕu s¸ng tù nhiªn. §é chiÕu s¸ng ®¶m b¶o theo tiªu chuÈn . §é chiÕu s¸ng ph©n bè ph¶i t­¬ng ®èi ®Òu(tr¸nh hiÖn t­îng chç qu¸ s¸ng,chç qu¸ tèi). Tr¸nh ¸nh n¾ng chiÕu trùc tiÕp vµo nhµ. CÇn chó ý ®Õn c¶ yªu cÇu th«ng giã, che m­a che n¾ng vµ thÉm mü kiÕn tróc chung cña nhµ. 5) C¸c biÖn ph¸p chiÕu s¸ng tù nhiªn. -KÕt hîp chiÕu s¸ng tù nhiªn qua c¸c cö sæ bªn vµ qua cöa m¸i ®Ó ¸nh s¸ng ®Òu vµ tèt h¬n. - Dïng kÝnh chèng nãng ®Ó lÊy ¸nh s¸ng. - Ph¶i tæ chøc lau cöa sæ, cö kÝnh, cö m¸i th­êng xuyªn, s¬n t­êng vµ trÇn ®Ó tËn dông ¸nh s¸ng tù nhiªn. Khi s¬n ph¶i chó ý tíi sù ®iÒu hoµ mµu s¾c, sù ph¶n chiÕu vµ bèi c¶nh t­¬ng ph¶n trong nhµ s¶n xuÊt, nªn chän c¸c mµu s¸ng nh¹t, dÞu, m¸t tr¸nh nh÷ng mµu qu¸ trãi vµ t­¬ng ph¶n nhau ®Ó b¶o vÖ m¾t vµ kh«ng g©y mÖt mái cho c«ng nh©n . HÖ thèng che m­a che n¾ng cho ph©n x­ëng s¶n xuÊt: KÝch th­íc cöa hîp lý, chän c¸c h×nh thøc che m­a, che n¾ng thÝch hîp sao cho võa che m­a, n¾ng vïa lÊy ¸nh s¸ng, th«ng giã tèt, gãp phÇn t¨ng vÎ ®Ñp kiÕn tróc cho ph©n x­ëng s¶n xuÊt. HÖ thèng vÖ sinh c¸ nh©n : Ph©n x­ëng cã khu vÖ sinh riªng ë mçi khu nhµ, ph¶i cã phßng thay quÇn ¸o, t¾m röa, vÖ sinh ®Ó ®¶m b¶o søc khoÎ cho c«ng nh©n . Tãm l¹i, ®Ó n©ng cao n¨ng suÊt lao ®éng vµ hiÖu qu¶ kinh tÕ cao cÇn ph¶i ch¨m lo ®Õn cuéc sèng, søc khoÎ vµ nhu cÇu ng­êi lao ®éng. §iÒu kiÖn lµm viÖc tho¶i m¸i, søc khoÎ ®¶m b¶o sÏ gióp cho mäi ng­êi h¨ng h¸i trong lao ®éng s¶n xuÊt. II. M¤I TR¦êNG Trong ph©n x­ëng s¶n xuÊt formalin ®· t¹o ra mét l­îng khÝ th¶i lín cÇn ph¶i sö lý b»ng ph­¬ng ph¸p ®èt cßn 2/3 l­îng khÝ th¶i ®­îc tuÇn hoµn, trén víi kh«ng khÝ míi ®Ó lµm nguyªn liÖu ban ®Çu. N­íc th¶i cña ph©n x­ëng ®Òu lµ n­íc s¹ch kh«ng cÇn ph¶i xö lý. Trong tù nhiªn formaldehit cã mÆt kh¾p n¬i trong khÝ quyÓn, nã ®­îc th¶i vµo khÝ quyÓn nh­ s¶n phÈm cña qu¸ tr×nh ®èt ch¸y, ph©n huû quang ho¸ c¸c hîp chÊt höu c¬. Formaldehit liªn tôc ph©n huû thµnh CO2 trong c¸c qu¸ tr×nh chÞu t¸c ®éng bëi ¸nh s¸ng mÆt trêi vµ c¸ nit¬ oxi. Formaldehit bÞ lo¶ng trong kh«ng khÝ khi m­a vµ còng bÞ ho¸i ho¸ do vi khuÈn t¹o thµnh CO2 vµ H2O. NguÇn gèc chÝnh cña formaldehit trong khÝ quyÓn chÝnh lµ sù quang ho¸ vµ sù ch¸y kh«ng hoµn toµn cña c¸c hydrocacbon,vÝ dô CH4 hoÆc c¸c khÝ kh¸c: gç, than ®¸, dÇu, thuèc l¸ vµ gasol. Theo b¸o c¸o n¨m 1976 hiÖp héi b¶o vÖ m«i tr­êng cña Mü th× l­îng formaldehit trong khÝ quyÓn do c¸c nguÇn sau: KhÝ th¶i tõ c¸c ®éng c¬ « t« vµ m¸y bay (s¶n xuÊt trùc tiÕp):53 ¸ 63%. C¸c ph¶n øng quang ho¸ (chñ yÕu tõ hydrocacbon trong khÝ th¶i): 19¸32%. C¸c nhµ m¸y ph¸t sinh nhiÖt:13 ¸15%. C¸c nhµ m¸y läc dÇu: 1- 2 %. C¸c nhµ m¸y s¶n xuÊt Formaldehit 1%. BiÖn ph¸p xö lý tèt nhÊt chèng l¹i sù tÝch tô formaldehit trong phßng lµ th«ng giã thÝch hîp. Mïi cña formaldehit m¹nh cã thÓ gióp ta ph¸t hiÖn ra sù cã mÆt cña nã. Nång ®é cña formaldelhit ®­îc giíi h¹n tõ n¨m 1997, nÕu chøa 0,05% träng l­îng formaldelhit th× ph¶i gi¸n nh¶n. Trong nhiÒu n¨m gÇn ®©y cã nhiÒu luËt ®­îc ban hµnh ®Ó h¹n chÕ sù « nhiÓm do formaldelhit g©y ra trong khÝ quyÓn .ViÖc h¹n chÕ sù « nhiÔm m«i tr­êng cña formaldehit cã hiÖu qu¶ nhÊt ®ã lµ khèng chÕ nång ®é cùc ®¹i cho phÐp ë phÝa trong vµ ngoµi nhµ m¸y. Nång ®é cùc ®¹i cña formaldehit ë n¬i lµm viÖc cho phÐp lµ 0,5 phÇn triÖu (0,6 mg/m3),nång ®é lªn ®Õn trÇn nhµ cã giíi h¹n lµ 1 phÇn triÖu. phÇn v tÝnh to¸n kinh tÕ I.MôC §ÝCH Vµ NHIÖM Vô CñA TÝNH TO¸N KINH TÕ ®Ó thiÕt kÕ, hay x©y dùng nhµ m¸y, ph©n x­ëng th× cÇn ph¶i chó ý vÊn ®Ò sau : §¶m b¶o yªu cÇu kû thuËt. §¶m b¶o mang l¹i hiÖu qu¶ kinh tÕ. §¶m b¶o an toµn lao ®éng, vµ vÖ sinh m«i tr­êng. Mét khi ng­êi ta ®Çu t­ cho mét nhµ m¸y hay xÝ nghiÖp th× viÖc ®Çu tiªn ®ã lµ ph¶i ®Æt lîi Ých kinh tÕ lªn hµng ®Çu. V× vËy viÖc tÝnh to¸n kinh tÕ còng kh«ng kÐm phÇn quan träng, nã sÏ gióp cho chung ta tæng quan gi¸ trÞ cña dù ¸n, ®ång thêi còng x¸c ®Þnh ®­îc hiÖu qu¶ kinh tÕ cña dù ¸n vµ quyÕt ®Þnh dù ¸n cã thùc hiÖn ®­îc hay kh«ng? II.NéI DUNG TÝNH TO¸N KINH TÕ 1)ChÕ ®é lµm viÖc cña ph©n x­ëng. Nh­ phÇn tr­íc ®· tr×nh bµy, d©y truyÒn s¶n xuÊt cña ph©n x­ëíng¶n xuÊt formalin lµm viÖc liªn tôc 24/24 giê, víi sè ngµy lµm viÖc trong n¨m lµ 330 ngµy, mçi ngµy lµm viÖc 3 ca, mçi ca lµm 8 giê. N¨ng suÊt cña ph©n x­ëng lµ 106000 tÊn/n¨m. 2)Nhu cÇu vÒ nguyªn vËt liÖu, nguyªn liÖu vµ n¨ng l­îng. a)Nhu cÇu vÒ nguyªn liÖu: Trong phÇn tÝnh to¸n thiÕt bÞ ph¶n øng ta cã: + ChiÒu dµi èng xóc t¸c Lxt = 4,5 m. + DiÖn tÝch bÒ mÆt riªng S = 1,904 m2. +L­îng xóc t¸c n¹p vµo èng chïm Víi : :Lµ khèi l­îng cña xóc t¸c, kg. Vxt : Lµ thÓ tÝch cña xóc t¸c chiÕm , Vxt =8,585 m3. : Lµ khèi l­îng riªng ®èng cña xóc t¸c, =1,15 kg/dm3 VËy = 2(8,585.1,15.103) =19746 Kg. Víi n¨ng suÊt cña qu¸ tr×nh lµ:ns =13383,838 Kg/h. L­îng Metanol nguyªn liÖu :6820,716 Kg/h. L­îng dÇu X-65 : 763 m3. L­îng n­íc mÒm : 3629,495 Kg/h. L­îng xóc t¸c : 19746 Kg. Tõ ®ã ta tÝnh ®­îc l­îng nguyªn liÖu tiªu hao cho méy tÊn s¶n phÈm víi hÖ sè tiªu hao lµ: . Nguyªn liÖu kxt Nhu cÇu vÒ nguyªn liÖu §¬n vÞ Metanol 0,509 54020,070 TÊn DÇu X-65 0,0570 3052 m3 N­íc mÒm 0,271 28745,600 TÊn Xóc t¸c 1,4750 39,492 TÊn b)Nhu cÇu vÒ ®iÖn n¨ng. §iÖn n¨ng dïng cho m¸y c«ng nghiÖp ®­îc tÝnh theo c«ng thøc: Trong ®ã: +W: ®iÖn n¨ng dïng trong 1 n¨m, KW. + k1 : hÖ sè phô t¶i, th­êng lÊy 0,75. +k2 : hÖ sè tæn thÊt , th­êng lÊy 1,05. + Pi : c«ng suÊt ®éng c¬ lo¹i i, c¸i. + Ti : thêi gian sö dông trong n¨m, giê. Ti = 330 .24 = 7920 giê. B¶ng : Tæng chi phÝ ®iÖn n¨ng cña ph©n x­ëng: Tªn thiÕt bÞ k1 k2 ni pi w B¬m Metanol B¬m Formalin B¬m n­íc mÒm B¬m dÇu M¸y nÐn 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 1,05 1,05 1,05 1,05 1,05 1 2 2 1 1 3,2 3,2 4,5 5,4 2000 19958,4 39916,8 56133 33679,8 12474000 Tæng céng 12623688 §iÖn dïng cho th¾p s¸ng cho ph©n x­ëng cña c¶ 2 ca chiÒu vµ ®ªm (16/24 giê) tÝnh theo c«ng thøc sau: Trong ®ã: + Ws : ®iÖn n¨ng dïng trong 1 n¨m, kw. + ni : sè bãng ®Ìn lo¹i i, c¸i. + Pi : c«ng suÊt ®Ìn lo¹i i, kw/h. + Ti : thêi gian sö dông trong n¨m, giê. Ti = 330 .16 = 5280 giê. B¶ng : Tæng chi phÝ ®iÖn th¾p s¸ng: Tªn c«ng tr×nh Lo¹i bãng ni WS Nhµ s¶n xuÊt Nhµ chøa s¶n phÈm Nhµ ®Ó xe «t« Nhµ ®Ó xe m¸y, xe ®¹p Nhµ ngñ ca Nhµ vÖ sinh vµ thay ca Phßng th­êng trùc Tr¹m biÕn thÕ Tr¹m cung cÊp n­íc Tr¹m phßng ch¸y, ch÷a ch¸y 150 - 220 150 - 220 150 - 220 150 - 220 75 - 220 75 - 220 100 - 220 100 - 220 100 - 220 75 - 220 40 12 4 4 6 8 3 1 2 2 31680 9504 3168 3168 2376 3168 1584 528 1056 792 Tæng céng 56024 L­îng ®iÖn tiªu thô trongh c¶ n¨m cña ph©n x­ëng: 2623688 + 56024 = 12679712 Kw/h. B¶ng : Tæng chi phÝ nguyªn vËt liÖu, nhiªn liÖu, n¨ng l­îng cho 1 n¨m . Nguyªn nhiªn liÖu §¬n vÞ L­îng dïng trong n¨m §¬n gi¸ Thµnh tiÒn Metanol N­íc mÒm Xóc t¸c §iÖn DÇu TÊn TÊn TÊn kw/h m3 54020,070 28745,600 39,492 12679712 3052 12.106 4000 3.106 1000 1.105 648240,840.106 114,982.106 118,476.106 12679,712.106 305,2.106 Tæng céng 664206,280.106 Chi phÝ nguyªn vËt liÖu tÝnh cho mét tÊn s¶n phÈm: ( ®ång). 3) Vèn ®Çu t­ cè ®Þnh [22]. a) Vèn ®Çu t­ x©y dùng: TÊt c¶ c¸c mÆt b»ng s¶n xuÊt trong toµn ph©n x­ëng ®Òu ®­îc tr¶i nhùa vµ thiÕt kÕ theo kiÓu lé thiªn - b¸n lé thiªn. Ngoµi nhµ s¶n xuÊt chÝnh cßn x©y dùng nhiÒu c«ng tr×nh phô trî nh­ : nhµ hµnh chÝnh, y tÕ, … Chi phi x©y dùng trung b×nh cho 1 m2 lµ :1000000 ®ång. Vèn ®Çu t­ x©y dùng kho¶ng 50 tû ®ång. b) Vèn ®Çu t­ cho m¸y mãc thiÕt bÞ: Tªn thiÕt bÞ Sè l­îng §¬n gi¸ Thµnh tiÒn Thïng chøa metanol B¬m metanol Läc metanol Bay h¬i metanol B¬m tuye ThiÕt bÞ ph¶n øng ThiÕt bÞ hÊp thô Thïng chøa formalin B¬m formalin ThiÕt bÞ trao ®æi ion ThiÕt bÞ läc kh«ng khÝ ThiÕt bÞ b¶o hoµ h¬i n­íc M¸y nÐn ThiÕt bÞ lµm mÒm n­íc Thïng chøa n­íc mÒm B¬m n­íc mÒm B¬m dÇu Thïng chøa dÇu Thïng cao vÞ chøa n­íc ThiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt ThiÕt bÞ ho¸ h¬i n­íc 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 3 1 6.106 2.106 10.106 20.106 2.106 250.106 200.106 10.106 2.106 64.106 10.106 20.106 10.106 60.106 8.106 2.106 2.106 6.106 4.106 10.106 20.106 6.106 2.106 10.106 20.106 2.106 500.106 200.106 10.106 2.106 64.106 10.106 20.106 10.106 60.106 16.106 2.106 2.106 6.106 4.106 30.106 20.106 Tæng céng 992.106 Chi phÝ l¾p ®Æt : 10% Vtb [22]. Chi phÝ dông cô : 20%. Chi phÝ vËn chuyÓn : 10% Vtb.. Tæng céng lµ 40% Vtb = 40%.992.106 = 396,8.106 ®ång. 4)Nhu cÇu vÒ lao ®éng: Do ®Æc ®iÓm cña qu¸ tr×nh s¶n xuÊt lµ liªn tôc, ®­îc tiÕn hµnh trong thiÕt bÞ kÝn, tù ®éng ho¸ trong s¶n xuÊt nªn nhiÖm vô chñ yÕu cña c«ng nh©n lµ kiÓm tra, quan s¸t chÕ ®é lµm viÖc cña m¸y mãc thiÕt bÞ vµ chÊt luîng s¶n phÈm ®Ó tõ ®ã cã nh÷ng ®iÒu chØnh thÝch hîp. D­íi ®©y lµ b¶ng ph©n bè sè l­îng c«ng nh©n s¶n xuÊt trùc tiÕp : N¬i lµm viÖc Sè l­îng Sè c«ng nh©n trong mét ca Tæng sè c«ng nh©n trong 1 ngµy Bé phËn ph¶n øng M¸y nÐn, b¬m,®iÖn Th¸p hÊp thô Bé phËn lµm l¹nh Bé phËn trao ®æi nhiÖt Bé phËn s¶n xuÊt 2 8 1 2 2 2 2 8 1 2 2 2 4 24 3 6 6 6 Tæng céng 49 Sè c¸n bé nh©n viªn ®iÒu hµnh vµ bé phËn c«ng nghiÖp: C¸n bé kû thuËt 2 ng­êi. Th­ ký v¨n phßng :1 ng­êi. Hµnh chÝnh : 2 ng­êi. B¶o vÖ : 2 ng­êi. VÖ sinh :2 ng­êi. §Çu bÕp : 3 ng­êi VËy sè ng­êi lµm viÖc trong ph©n x­ëng lµ 61 ng­êi . 5) Quü l­¬ng c«ng nh©n lµm viÖc trong ph©n x­ëng[22]. Møc l­¬ng c«ng nh©n s¶n xuÊt trùc tiÕp : 2.106 ®ång. L­¬ng c¸n bé c«ng nh©n viªn tÝnh theo hÖ sè theo b¶ng sau: B¶ng : L­¬ng c¸n bé c«ng nh©n viªn: Ngµnh nghÒ Sè ng­êi HÖ sè L­¬ng th¸ng L­¬ng th¸ng toµn bé L­¬ng c¶ n¨m C«ng nh©n trùc tiÕp Tæ tr­ëng Qu¶n ®èc Phã qu¶n ®èc Th­ ký hµnh chÝnh B¶o vÖ 50 4 1 1 1 1 3 1 1,3 1,5 1,4 1,2 1,1 1 2.106 2,3.106 3.106 2,6.106 2,2.106 2.106 1,5.106 100.106 11,96.106 4,5.106 3,64.106 2,64.106 2,2.106 4,5.106 1200.106 143,52.106 54.106 43,68.106 31,68.106 26,4.106 54.106 Tæng 1553,3106 ChÕ ®é båi d­ìng cho c«ng nh©n s¶n xuÊt trùc tiÕp : + Båi d­ìng ca ®ªm: 2%.(1200.106 +143,52.106) = 26,874 .106®ång/n¨m. + Båi d­ìng ®éc h¹i: 1%.(1553,28.106) = 15,5328.106 ®ång/n¨m. Tæng quû l­¬ng c¶ n¨m : 1553,28.106 + 26,8704.106 +15,5328.106 = 1595,6832.106 ®ång /n¨m. Quü b¶o hiÓm x· héi lÊy b»ng 20% l­¬ng, tøc lµ: 20%.(1595,6832.106) = 319,1366.106 ®ång/n¨m. Tæng quü l­¬ng vµ b¶o hiÓm x· héi: 1595,6832.106 + 319,1366.106 = 1914,8198.106 ®ång/n¨m. 6) TÝnh khÊu hao[22]. KhÊu hao tµi s¶n cè ®Þnh lµ sù chuyÓn dÇn gi¸ trÞ cña nã vµo gi¸ thµnh s¶n phÈm, do nã lµm ra nh»m môc ®Ých tÝch luü tiÒn ®Ó kh«i phôc hoµn toµn gi¸ trÞ sö dông cña chóng khi thêi h¹n khÊu hao ®· hÕt. Ta tÝnh khÊu hao theo c¸c thêi gian khÊu hao lµ kh¸c nhau víi c¸c kho¶ng ®Çu t­ kh¸c nhau: Nhµ s¶n xuÊt cã thêi gian khÊu hao lµ 20 n¨m, møc khÊu hao lµ: ®ång/n¨m. ThiÕt bÞ m¸y mãc lÊy thêi gian khÊu hao lµ 8 n¨m, víi møc khÊu hao lµ: ®ång /n¨m. Tæng møc khÊu hao toµn bé ph©n x­ëng lµ: 2500.106 + 202,3.106 =2703,3.106 ®ång/n¨m. KhÊu hao söa ch÷a lÊy b»ng 40% khÊu hao c¬ b¶n: 2702,3.0,04 = 108,092.106 ®ång/n¨m. Tæng møc khÊu hao cho toµn bé ph©n x­ëng trong c¶ n¨m: ( 2702,3 +108,092).106 = 2810,392.106 ®ång/n¨m. Møc khÊu hao tÝnh trªn mét ®¬n vÞ s¶n phÈm: ®ång/n¨m. 7) Chi phÝ kh¸c[22]. + Chi phÝ ph©n x­ëng Z : Th­êng lÊy Z= 5 ¸6 % tæng gi¸ thµnh ph©n x­ëng. + Chi phÝ chung : dïng cho chiÕu s¸ng, lµm m¸t,… th­êng lÊy 10¸15% l­¬ng c«ng nh©n . Zc = 10%.1595,6832 .106 =159,5683.106 ®ång /n¨m. Tæng gi¸ thµnh ph©n x­ëng: Zpx = Z1 + Z2 + Z3 +Z4 + Zc Trong ®ã: Z1 : chi phÝ nguyªn vËt liÖu vµ n¨ng l­îng, ®ång/n¨m. Z2 : tæng quû l­¬ng vµ b¶o hiÓm x· héi, ®ång/n¨m. Z3 : tæng møc khÊu hao cña toµn bé ph©n x­ëng, ®ång/n¨m. Z4 : chi phÝ ph©n x­ëng , ®ång /n¨m. Zpx=664206,28.106+1914,8198.106+2810,392.106+5%. Zpx +159,5683.106 = 1129367,944.106 ®ång/n¨m. +Chi phÝ qu¶n lý doanh nghiÖp : th­êng lÊy b»ng 5% chi phÝ toµn ph©n x­ëng Zdn = 0,05.1129367,944.106 = 56468,39.106 ®ång /n¨m. + Chi phÝ b¸n hµng : th­êng lÊy 1% Zpx . Zbh = 0,01.1129367,944.106 ®ång/n¨m. +Chi phÝ toµn bé lµ: Ztb = Zpx+ Zbh = 1140661,623.106 ®ång/n¨m. 8) X¸c ®Þnh kÕt qu¶[22]. DT = SP GB Trong ®ã: +DT : doanh thu trong mét n¨m, ®ång. + SP: l­îng s¶n phÈm thu ®­îc trong mét n¨m, tÊn. + GB: gi¸ b¸n, ®ång. GÝa b¸n ®­îc tÝnh nh­ sau: GB = GT + T VAT + LDM GT : gi¸ thµnh mét tÊn sÈn phÈm, ®ång/tÊn. GT =®ång /tÊn. TVAT: thuÕgi¸ trÞ gia t¨ng,®ång/tÊn, th­êng lÊy b»ng 10% gi¸ b¸n. LDM : l·i ®Þnh møc, th­êng lÊy b»ng 5% gi¸ b¸n. Ta cã : GB =10,27.106 +10%GB +5%GB = 12,67 .106 ®ång/tÊn. TVAT = 1,267.106 ( ®ång/n¨m). LDM = 0,6338.106( ®ång/n¨m). VËy DT = 106000.12,67 =1343020.106 ®ång/n¨m. 9) Lîi nhuËn: LN = DT - CP Trong ®ã : + CP: tæng chi phÝ ph©n x­ëng trong n¨m, ®ång. CP = SP( GT + TVAT) = 106000(10,77 +1,267).106 = 1335922.106 ®ång/n¨m. + LN: lîi nhuËn ph©n x­ëng trong n¨m. LN = DT- CP = 1343020.106 - 1335922.106 = 7,098.109 ®ång/n¨m. 10) §¸nh gi¸ kÕt qu¶ : Doanh lîi ®Çu t­: . Thêi gian hoµn vèn : T =n¨m. KÕt luËn:Qua viÖc tÝnh to¸n kinh tÕ ®· gióp em hiÓu ®­îc nh÷ng b­íc c¬ b¶n cña viÖc ®Çu t­ cho mét doanh nghiÖp. B¶n ®å ¸n nµy hoµn toµn ®¸p øng vÒ mÆt kinh tÕ víi thêi gian thu håi vèn lµ 5,14 n¨m. Lîi nhuËn thu ®­îc trong mét n¨m lµ 7,098 tû ®ång. Lµ mét sinh viªn kû thuËt nªn ®é tin cËy cña phÐp tÝnh kinh tÕ ch­a cao, cßn nhiÒu sai sãt, em mong thÇy c« bá qua vµ chØ b¶o thªm cho em . kÕt luËn Sau mét thêi gian lµm viÖc tÝch cùc vµ khÈn tr­¬ng, víi sù gióp ®ì tËn t×nh cña c¸c thÇy c« gi¸o bé m«n H÷u c¬-Ho¸ dÇu, ®Æc biÖt lµ d­íi sù h­íng dÉn tËn t×nh cña thÇy gi¸o h­íng dÉn .TS .Hoµng Xu©n TiÕn vµ cïng víi sù nç lùc cña b¶n th©n, em ®· hoµn thµnh b¶n ®å ¸n tèt nghiÖp víi ®Ò tµi "ThiÕt kÕ ph©n x­ëng s¶n xuÊt formalin trªn xóc t¸c oxit Fe-Mo víi n¨ng suÊt 106000 tÊn/n¨m" ®óng thêi gian qui ®Þnh. Néi dung b¶n ®å ¸n mµ em ®· hoµn thµnh nh­ sau: 1.PhÇn lý thuyÕt tæng quan: ®· nªu ra ®­îc tÝnh chÊt ho¸ lý cña nguyªn liÖu vµ s¶n phÈm, mét sè tiªu chuÈn chÊt l­îng cña chóng. Giíi thiÖu c¸c ph­¬ng ph¸p c«ng nghÖ s¶n xuÊt formalin trªn c¸c hÖ xóc t¸c kh¸c nhau ®i tõ nguån nguyªn liÖu kh¸c nhau. Tõ ®o so s¸nh vµ ph©n tÝch c¸c ­u nh­îc ®iÓm cña c¸c ph­¬ng ph¸p, ®Ó ®­a ra d©y chuyÒn c«ng nghÖ s¶n xuÊt formalin thÝch hîp víi ®iÒu kiÖn kinh tÕ vµ kü thuËt cña n­íc ta hiÖn nay. §ã lµ d©y chuyÒn s¶n xuÊt formalin b»ng c¸ch oxi ho¸ metanol trªn xóc t¸c oxit Fe-Mo. §Õn nay, c«ng nghÖ s¶n xuÊt formaldehit dïng xóc t¸c míi s¶n xuÊt ®­îc kho¶ng 1/3 s¶n l­îng formaldehit cña thÕ giíi, tuy vËy ®©y lµ thµnh tùu ®¸ng kÓ trong lÜnh vùc nghiªn cøu vµ øng dông cña xóc t¸c c«ng nghiÖp. ­u ®iÓm cña d©y chuyÒn nµy lµ xóc t¸c lµm viÖc ë nhiÖt ®é thÊp tõ 270¸3500C, cã ®é chän läc cao vµ møc ®é chuyÓn ho¸ cao h¬n xóc t¸c b¹c. Mét trong nh÷ng vÊn ®Ò kü thuËt cña c«ng nµy lµ tËn dông nhiÖt ph¶n øng, nhiÖt cña hçn hîp s¶n phÈm ®i ra sau thiÕt bÞ ph¶n øng ®Ó bèc h¬i vµ ®un nãng hçn hîp metanol –kh«ng khÝ ®i vµo vµ t¹o h¬i dimetyl ete, metanol vµ formaldehit kh«ng cã kh¶ n¨ng tù ch¸y, v× vËy cÇn ph¶i tèn thªm nhiªn liÖu ®Ó xö lý khÝ th¶i b¶o vÖ m«i tr­êng. Trong d©y chuyÒn c«ng nghÖ nµy th­êng tuÇn hoµn khÝ th¶i ®Ó cã thÓ n©ng mét Ýt hµm l­îng metanol trong hçn hîp ban ®Çu (nång ®é oxi gi¶m, giíi h¹n d­íi cña hçn hîp t¨ng lªn) vµ gi¶m l­îng khÝ th¶i xö lý. PhÇn c«ng nghÖ: ®· thiÕt kÕ ®­îc d©y chuyÒn s¶n xuÊt formalin trªn xóc t¸c oxit Fe-Mo víi n¨ng suÊt 106.000 tÊn/n¨m. TÝnh to¸n ®­îc c©n b»ng vËt chÊt, c©n b»ng nhiÖt l­îng cña toµn bé d©y chuyÒn. PhÇn thiÕt kÕ: Chän ®­îc ®Þa ®iÓm x©y dùng ph©n x­ëng s¶n xuÊt formalin, vÏ ®­îc mÆt b»ng tæng thÓ, mÆt b»ng cña ph©n x­ëng(s¾p xÕp c¸c thiÕt bÞ theo d©y chuyÒn). B¶n ®å ¸n tèt nghiÖp nµy nã gióp em biÕt ®­îc nh÷ng b­íc c¬ b¶n cña viÖc thiÕt kÕ x©y dùng vµ ®Çu t­ cho mét doanh nghiÖp, ®Ó tõ ®ã øng dông vµo thùc tÕ ®Ó x©y dùng mét nhµ m¸y s¶n xuÊt ho¸ chÊt, ®em l¹i lîi Ých cho n­íc ta. MÆc dï b¶n ®å ¸n tèt nghiÖp nµy cßn nhiÒu khiÕm khuyÕt, do thêi gian cã h¹n vµ tr×nh ®é b¶n th©n cßn h¹n chÕ nªn b¶n ®å ¸n nµy kh«ng tr¸nh khái nh÷ng thiÕu sãt, em mong ®­îc sù gióp ®ë cña thÇy c« vµ c¸c b¹n ®Ó b¶n ®å ¸n cña em ®­îc hoµn thiÖn h¬n. Em xin ch©n thµnh c¶m ¬n! tµi liÖu tham kh¶o 1. - §ç V¨n ChÝn. Tæng hîp chÊt xóc t¸c oxit Fe-Mo ®Ó oxy hãa metanol thµnh formaldehit vµ nghiªn cøu biÕn ®æi ho¹t tÝnh xóc t¸c cña hÖ. LuËn ¸n PTS. Hµ Néi, 1986 . 2.- Vò ThÕ TrÝ. Nghiªn cøu c«ng nghÖ s¶n xuÊt vµ øng dông formalin ë ViÖt Nam. LuËn ¸n PTS. ViÖn hãa c«ng nghiÖp. Hµ Néi, 1995. 3.- TrÇn C«ng Khanh. ThiÕt bÞ ph¶n øng trong s¶n xuÊt c¸c hîp chÊt h÷u c¬. Tr­êng §HBK - Hµ Néi, 1986. 4.- Gi¸o tr×nh Kü thuËt tæng hîp h÷u c¬. Bé m«n Tæng hîp h÷u c¬. Tr­êng §HBK - Hµ Néi, 1976 . 5. Tæng hîp höu c¬ c¬ b¶n, §HBK -Hµ Néi, 1964. 6. Sæ tay qu¸ tr×nh vµ thiÕt bÞ c«ng nghÖ hãa häc. TËp 1. Nhµ xuÊt b¶n KHKT, 1992. 7.- Sæ tay qu¸ tr×nh vµ thiÕt bÞ c«ng nghÖ hãa häc. TËp 2. Nhµ xuÊt b¶n KHKT, 1999. 8.-Sæ tay tãm t¾t c¸c ®¹i l­îng ho¸ lý, Bé m«n ho¸ ký, Khoa §H t¹i chøc tr­êng §HBK - Hµ Néi, 1972. 9.-§ç V¨n ChÝn, Hå quý §¹o. T¹p chÝ ho¸ häc,ViÖn khoa häc ViÖt Nam, No3, 1988. 10.- NguyÔn Quang Huúnh, Vò ThÕ TrÝ, Lª Thanh CÈm, §ç V¨n ChÝn. T¹p chÝ c«ng nghÖ ho¸ chÊt, No 6 1977. 11.- Vò ThÕ TrÝ, TrÇn C«ng Khanh. T¹p chÝ ho¸ häc vµ c«ng nghÖ, No 5 1994. 12 -NguyÔn ThÞ Minh HiÒn. ChÕ biÕn khÝ tù nhiªn vµ ®ång hµnh, §HBK Hµ Néi, 2000. 13.-Sæ tay tãm t¾t kû s­ ho¸ chÊt. Nhµ xuÊt b¶n gi¸o dôc, §HBK - Hµ Néi 1961. 14.- Bé m«n x©y dùng c«ng nghiÖp: Nguyªn lý x©y dùng nhµ m¸y ho¸ chÊt ,§HBK - Hµ Néi, 1974 15.- Bé m«n x©y dùng c«ng nghiÖp: C¬ së x©y dùng nhµ c«ng nghiÖp, §HBK - Hµ Néi, 1997. 16- NguyÔn Quang Huúnh, Lª Thanh CÈm, §ç V¨n ChÝn. Héi nghÞ Hãa häc toµn quèc lÇn thø nhÊt "Nghiªn cøu xóc t¸c oxy hãa metanol thµnh formaldehit", ViÖn khoa häc VN, Hµ Néi, 1981. 17.- NhiÖt ®éng trong hãa kû thuËt. GS.TSKH. La V¨n B×nh. Nhµ xuÊt b¶n khoa häc kü thuËt Hµ Néi, 2001. 18.- H­íng dÉn thiÕt kÕ tèt nghiÖp phÇn kinh tÕ, tr­êng §HBK - Hµ Néi, 1973. 19.- Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. A11, 1988. (619 - 647). 20.- Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. A16, 1988. (465 - 469). ._.