Thiết kế phân xưởng sản xuất axic axetic
Tài liệu Thiết kế phân xưởng sản xuất axic axetic: ... Ebook Thiết kế phân xưởng sản xuất axic axetic
Tóm tắt tài liệu Thiết kế phân xưởng sản xuất axic axetic, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
MÔÛ ÑAÀU
Axit axetic laø moät hôïp chaát höõu cô ñieån hình cuûa daõy ñoàng ñaúng axit monocacboxylic coù nhieàu öùng duïng trong saûn xuaát vaø ñôøi soáng, laø moät trong nhöõng saûn phaåm höõu cô cô baûn ñöôïc söû duïng roäng raõi trong toång hôïp höõu cô hoaù daàu.
Töø xa xöa con ngöôøi ñaõ bieát söû duïng axit axetic ñeå laøm daám aên. Ngaøy nay cuøng vôùi söï phaùt trieån cuûa khoa hoïc kyõ thuaät axit axetic ñöôïc duøng vaøo caùc lónh vöïc khaùc nhau trong coâng nghieäp. Trong coâng nghieäp hoaù hoïc axit axetic khoâng chæ laø moät hôïp chaát thoâng duïng maø coøn coù raát nhieàu öùng duïng trong thöïc teá. Ngöôøi ta coù theå saûn xuaát ra vinyl axetat, moät monome quan troïng töø axit axetic ñeå saûn xuaát sôïi, toång hôïp anhydric axetic duøng cho saûn xuaát axetat xenlulo, noù laøm saûn phaåm trung gian ñeå toång hôïp axit mono clo axetic, laøm dung moâi cho nhieàu quaù trình khaùc. Trong coâng nghieäp thöïc phaåm axit axetic ñöôïc duøng laøm gia vò, baûo quaûn hoa quaû, ñieàu cheá axetat ñoàng tham gia vaøo quaù trình saûn xuaát röôïu vang, ñieàu cheá butyl axetat vaø amin ñeå laøm baùnh keïo…
Axit axetic coù nhieàu öùng duïng roäng raõi ña daïng nhö vaäy neân nhu caàu söû duïng noù laø raát lôùn. Löôïng axit axetic ngaøy moät taêng leân töø 400000 taán/naêm (1945) ñeán naêm 1970 laø 2000000 taán/naêm. Naêm 1995 laø 5,6 trieäu taán/naêm. Trong giai ñoaïn hieän nay möùc tieâu thuï trung bình laø khoaûng 6,8 trieäu taán/naêm. Döï baùo nhu caàu söû duïng axit axetic tieáp tuïc taêng trong nhöõng tôùi.
ÔÛ Vieät Nam vaø moät soá nöôùc khaùc coù nhu caàu söû duïng axit axetic ngaø caøng cao. Haèng naêm chuùng ta phaûi nhaäp moät löôïng axit axetic khaù lôùn. Vieäc saûn xuaát axit axetic trong nöôùc baèng caùc phöông phaùp ñôn giaûn nhö phöông phaùp chöng caát goã vaø oxy hoaù sinh hoïc etanol. Phöông phaùp naøy chæ cho noàng ñoä axit axetic noàng ñoä thaáp, naêng suaát khoâng cao, do ñoù khoâng ñaùp öùng ñöôïc nhu caàu. Vì vaäy ñeå ñaùp öùng ñöôïc nhu caàu ngaøy caøng cao cuûa caùc ngaønh ñoøi hoûi caùc phöông phaùp ñieàu cheá axit axetic ngaøy caøng phaûi ñoåi môùi, daây chuyeàn saûn xuaát ngaøy caøng phaûi heän ñaïi, chaát löôïng saûn phaåm vaø giaù thaønh cuûa noù mang laïi lôïi ích cao nhaát cho ngöôøi söû duïng.
Vieäc saûn xuaát axit axetic noàng ñoä cao vaø naêng suaát lôùn ñeå coù theå ñaùp öùng ñöôïc nhu caàu ngaøy caøng lôùn naøy thì ngaøy nay ngöôøi ta coù theå saûn xuaát baèng nhieàu phöông phaùp khaùc nhau nhö: phöông phaùp toång hôïp ngöôøi ta bieát ñeán nhieáu nhaát laø phöông phaùp oxy hoaù n- butan hoaëc xaêng nheï nhöng laïi khoâng ñöôïc phoå bieán roäng. Hieän nay phöông phaùp quan troïng vaø coù giaù trò thöïc teá hôn caû laø oxy hoaù axetaldehyt hay toång hôïp töø CH3OH vaø CO.
Trong caùc phöông phaùp saûn xuaát axit axetic neâu treân thì phöông phaùp kinh teá hôn caû laø saûn xuaát töø CH3OH vaø CO. Tuy nhieân phöông phaùp oxy hoaù axetaldehyt laø moät phöông phaùp coù yù nghóa hôn caû vaø ñöôïc duøng nhieàu trong coâng nghieäp. Phöông phaùp naøy coù nhieàu öu ñieåm hôn caùc phöông phaùp saûn xuaát axit axetic khaùc caû veà maët lí luaän vaø veà maët thöïc teá, noù cho ta axit axetic tinh khieát noàng ñoä cao vaø hieäu suaát quaù trình lôùn.
PHAÀN I
TOÅNG QUAN
Chöông I: SÔ LÖÔÏC VEÀ AXIT AXETIC
I. Giôùi thieäu chung: [1,2,5,6,7]
Axit axetic coù coâng thöùc hoaù hoïc laø CH3COOH, khoái löôïng phaân töû laø 60,05, laø moät chaát raát quen thuoäc vaø coù nhieàu öùng duïng quan troïng; noù laø moät chaát loûng khoâng maøu, coù muøi haêng, coù tính aên moøn vaø laø chaát loûng gaây loät da, nguy hieåm. Axit axetic ñöôïc tìm thaáy döôùi daïng dung dòch pha loaõng coù nhieàu trong moät soá caây hoï thaûo vaø trong heä ñoäng vaät. Axit axetic ñöôïc bieát nhö laø daám aên (4¸12% dung dòch axit axetic saûn xuaát baèng quaù trình leân men röôïu vang) töø hôn 5000 naêm tröôùc.
Axit axetic ñöôïc söû duïng roäng raõi trong coâng nghieäp thöïc phaåm vaø deät ñoàng thôøi laø saûn phaåm trung gian raát quan troïng trong toång hôïp höõu cô. Caùc nhaø saûn xuaát chính laø Myõ, Taây AÂu, Nhaät Baûn, Canada vaø Mexico.
Coù nhieàu phöông phaùp saûn xuaát axit axeic trong ñoù phöông phaùp leân men röôïu vaø chöng khoâ goã laø hai phöông phaùp coù töø raát xa xöa cho saûn phaåm axit axetic loaõng. Trong coâng nghieäp coù ba phöông phaùp toång hôïp chính:
1. Oxy hoaù axetylen.
2. Oxy hoaù n-butan hay naphta trong ha loûng.
3. Toång hôïp töø metanol vaø monocacbon oxit.
Trong ba phöông phaùp treân thì phöông phaùp thöù ba coù hieäu quaû hôn caû, ít nhaát khoaûng 47% axit axetic saûn xuaát theo phöông phaùp naøy, 7% ñi töø axetaldehyt, coøn laïi ñi töø n-butan vaø naphta trong ñoù nguyeân lieäu ñaàu töø n-butan ñöôïc söû duïng chuû yeáu ôû Myõ, coøn ôû Chaâu AÂu thì naphta nheï ñöôïc söû duïng nhieàu hôn.
Axit axetic chuû yeáu duøng cho saûn xuaát vinyl axetat vaø anhydric axetic. Vinyl axetat duøng ñeå saûn xuaát caùc chaát nhöïa phuïc vuï coâng nghieäp saûn xuaát sôn, chaát keát dính, giaáy goùi hoaëc chaát xöû lyù vaûi, haøng deät…. Coøn anhydric axetic duøng ñeå saûn xuaát sôïi boâng xenlulo axetat, ñaàu loïc thuoác laù, nhöïa xenlulo…
Ngoaøi ra axit axtic coøn duøng laøm dung moâi cho nhieàu quaù trình khaùc.
II. Tính chaát vaät lyù:[1,2,5,6,7,8]
ÔÛ ñieàu kieän thöôøng dung dòch axit axetic coù laãn moät löôïng nhoû axetaldehyt, veát anhydric axetic , moät soá chaát deã bò oxy hoaù khaùc vaø nöôùc. Axit axetic noùng chaûy ôû 16,6 0C, soâi ôû 117,9 0C taïi 101,3 kPa. Troïng löôïng rieâng laø 1,05 g/cm3.
Axit axetic hoaø tan voâ haïn trong nöôùc, röôïu, axeton. Axit axetic tan toát trong caùc xenluloza vaø caùc nitroxenluloza. Khi ñun noùng axit axetic hoaø tan moät löôïng nhoû photpho vaø moät löôïng khoâng ñaùng keå löu huyønh, caùc daãn xuaát cuûa halogen.
Axit axetic raát beàn, ngay ôû nhieät ñoä 4000C hôi axit axetic cuõng khoâng bò phaân huyû. Axit axetic thöôøng toàn taïi ôû daïng baêng (chöùa <1% nöôùc) laø chaát huùt aåm maïnh. Söï coù maët cuûa 0,1 % troïng löôïng nöôùc seõ laøm giaûm ñieåm noùng chaûy cuûa axit axetic xuoáng khoaûng 0,2 0C.
Khi laøm laïnh, axit axetic keát tinh thaønh nhöng tinh theå goàm nhöõng phieán moûng khoâng maøu. Ñieåm ñoâng ñaëc cuûa axit axetic coøn duøng ñeå xaùc ñònh ñoä tinh khieát cuûa noù. Nhieät ñoä ñoâng ñaëc cuûa dung dòch axit axetic-nöôùc ñöôïc cho trong baûng 1.
Baûng 1: Nhieät ñoä ñoâng ñaëc cuûa dung dòch axit axetic:
% khoái löôïng
Nhieät ñoä ñoâng ñaëc
0C
% khoái löôïng
Nhieät ñoä ñoâng ñaëc
0C
100
99,6
99,2
98,8
98,4
98,0
97,6
97,2
16,75
15,84
15,12
14,49
13,86
13,25
12,66
12,09
96,8
96,4
96,0
93,46
80,6
50,6
18,11
11,48
10,81
10,17
7,1
-7,4
-19,8
-6,3
Khoái löôïng rieâng cuûa dung dòch axit axetic ñaït giaù trò cöïc ñaïi ôû noàng ñoä 77 - 80 % troïng löôïng taïi 15 0C (baûng 2). Giaù trò cöïc ñaïi naøy töông öùng vôùi caáu truùc monohydrat (77 % axit axetic ).
Baûng 2: Khoái löôïng rieâng cuûa dung dòch axit axetic ôû 150C :
% Khèi lîng
D, g/cm3
% Khèi lîng
D, g/cm3
1
1,0070
60
1,0685
5
1,0067
70
1,0733
10
1,0142
80
1,0748
15
1,0214
90
1,0713
20
1,0284
95
1,0660
30
1,0412
97
1,0625
40
1,0523
99
1,0580
50
1,0615
100
1,0550
Khoái löôïng rieâng cuûa axit axetic tinh khieát laø moät haøm phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä vaø ñöôïc cho trong baûng 3:
Baûng 3: Söï phuï thuoäc khoái löôïng rieâng cuûa axit axetic vaøo nhieät ñoä :
NhiÖt ®é, oC
D, g/cm3
NhiÖt ®é, oC
D, g/cm3
26,21
1,0420
97,42
0,9611
34,10
1,0324
106,70
0,9506
42,46
1,0246
117,52
0,9391
51,68
1,0134
129,86
0,9235
63,56
1,0007
139,52
0,9119
74,92
0,9875
145,60
0,9030
85,09
0,9761
156,40
0,8889
Baûng 4: Söï phuï thuoäc aùp suaát hôi cuûa axit axetic tinh khieát vaøo nhieät ñoä :
t, 0C
P, mbar
t, 0C
P, mbar
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
118,2
130,0
140,0
4,7
8,5
15,7
26,5
45,3
74,9
117,7
182,8
269,4
390,4
555,3
776,7
1013,0
1386,5
1841,1
150
160
170
180
190
200
210
220
230
240
250
260
270
280
2467,1
3160,0
4041,0
5091,0
6333,0
7813,0
9612,0
11733,0
14249,0
17057,0
20210,0
23854,0
28077,0
32801,0
CH3 - C
O --- H --- O
O --- H --- O
C - CH3
CH3 - C
O --- H --- O
O --- H --- O
C - CH3
CH3 - C
O --- H --- O
O --- H --- O
C - CH3
Trong pha hôi, caùc phaân töû axit axetic luoân coù lieân keát hydro, caùc lieân keát hydro theå hieän nhö sau:
C©n b»ng láng-h¬i trong hÖ axit axetic-axitcloro axetic ®· ®îc x¸c ®Þnh do sù kÕt hîp gi÷a c¸c ph©n tö axit. C©n b»ng láng h¬i cña c¸c hÖ c¸c axit axetic vµ mét sè chÊt kh¸c còng ®îc nghiªn cøu.
Mét sè ®Æc trng vËt lý cña axit axetic ®îc cho nh sau:
NhiÖt dung riªng:
Axit h¬i, CP 1,110 J/g.®é t¹i 25oC
Axit láng, CP 2,043 J/g.®é t¹i 19,4oC
Axit tinh thÓ , CP 1,470 J/g.K t¹i 1,5oC
NhiÖt kÕt tinh: 195,5 J/g.
NhiÖt ho¸ h¬i: 394,5 J/g t¹i nhiÖt ®é s«i.
§é nhít: 11,83 mPa.s t¹i 20oC.
10,97 mPa.s t¹i 25oC.
8,18 mPa.s t¹i 40oC.
H»ng sè ®iÖn m«i: 6,170 t¹i 20oC (láng).
2,665 t¹i –10oC (r¾n).
ChØ sè khóc x¹: 1,3719
Entanpy t¹o thµnh:
DHo (láng, 25oC) - 484,50 KJ/mol.
DHo (khÝ, 25oC) - 432,25 KJ/mol.
NhiÖt ch¸y, DHC - 874,8 KJ/mol.
NhiÖt ®é chíp ch¸y: 43oC (cèc kÝn).
NhiÖt ®é tù bèc ch¸y: 465oC.
Giíi h¹n næ: 4-16%V trong kh«ng khÝ.
¸p suÊt tíi h¹n: 5,786 MPa.
NhiÖt ®é tíi h¹n: 592,71 oK.
III. Tính chaát hoaù hoïc cuûa axit axetic : [1,2,5,6,7,8]
Axit axetic cã c«ng thøc ph©n tö lµ CH3COOH, lµ axit mét lÇn axit. C¸c tÝnh chÊt ho¸ häc cña nã phÇn lín ®îc quyÕt ®Þnh bëi sù cã mÆt cña nhãm cacbonyl trong ph©n tö. §a sè ph¶n øng lo¹i nµy lµ sù tÊn c«ng nucleophyl cña t¸c nh©n vµo nguyªn tö C ë nhãm cacboxyl, tiÕp theo lµ c¾t ®øt liªn kÕt C-O. Axit axetic lµ mét axit yÕu (pka=4,76 ë 250C) cã thÓ t¹o muèi víi hÇu hÕt c¸c kim lo¹i.
MÆt dï axit axetic kh«ng ph¶i lµ chÊt ho¹t ®éng nhng nã cã kh¶ n¨ng tham gia nhiÒu ph¶n øng ho¸ häc t¹o ra c¸c s¶n phÈm quan träng cã gi¸ trÞ th¬ng m¹i cao, cã nhiÒu øng dông cho nhiÒu ngµnh c«ng nghiÖp.
Axit axetic tham gia ph¶n øng víi rîu hoÆc olefin ®Ó t¹o ra c¸c este kh¸c nhau. Axit axetic cßn ®îc chuyÓn ho¸ thµnh axetyl clorit sö dông t¸c nh©n clo ho¸ nh lµ thonyl clorit.
Axit axetic lµ nguyªn liÖu c¬ b¶n cho mét sè c¸c qu¸ tr×nh c«ng nghiÖp. Nã cã thÓ chuyÓn ho¸ thµnh vinyl axetat khi cho t¸c dông víi etylen trªn xóc t¸c kim lo¹i quÝ. Ngoµi ra, axit axetic cßn lµ nguyªn liÖu ®Ó tæng hîp anhydric axetic vµ axit cloaxetic.
Sau ®©y lµ mét sè tÝnh chÊt ho¸ häc cña axit axetic :
III.1. TÝnh axit :
Do trong ph©n tö axit axetic cã mÆt cña nhãm cacbonyl lµ mét axit h÷u c¬ yÕu nªn nã cã ®Çy ®ñ tÝnh chÊt cña mét axit h÷u c¬.
CH3 – C ¬ O ¬ H
O
CÊu t¹o cña nhãm cacbonyl cßn cha x¸c ®Þnh cô thÓ nhng th«ng thêng ®îc biÓu diÔn nh sau:
Do nhãm hydroxyl g¾n trùc tiÕp víi nhãm cacbonyl, chÞu ¶nh hëng cña nhãm cacbonyl, liªn kÕt O – H ph©n cùc vÒ phÝa oxy nªn proton ph©n ly dÔ dµng h¬n. V× vËy axit axetic cã tÝnh axit m¹nh h¬n rîu nhiÒu:
CH3 – COOH ↔ CH – COO- + H+ , K
H»ng sè ph©n li K= 1,76 . 10-5
Trong níc axit axetic ph©n li thµnh:
CH3COOH + H2O ↔ CH3COO- + H3O+
Axit axetic t¸c dông víi c¸c baz¬, ®Èy axit cacbonic ra khái muèi cña nã:
CH3COOH + NaOH ® CH3COONa + H2O.
III.2. Ph¶n øng x¶y ra ë nguyªn tö cacbon cña nhãm cacbonyl:
III.2.1. Ph¶n øng este ho¸:
Axit axetic t¸c dông víi rîu khi cã mÆt cña xóc t¸c axit sÏ t¹i thµnh este:
O
O
CH3 – C + ROH ® CH3 – C – OR + H2O
OH
III.2.2. Ph¶n øng t¹o thµnh axyl halogenua:
O
O
OH
CH3 – C + SOCl2 ® CH3 – C – Cl + HCl + SO2
III.2.3. Khö ho¸ axit axetic :
CH3COOH + 3H2 CH3 – CH3 + 2H2O
III.3. Ph¶n øng decacbonyl ho¸:
CH3COOH CH4 + CO2
III.4. T¸c dông víi c¸c kim lo¹i t¹o muèi axetat:
2CH3COOH + Mn ® (CH3COO)2Mn + H2
Muèi cña AcOH cã gi¸ trÞ sö dông lín. Axetat kÏm, axetat ®ång ®îc sö dông ®Ó s¶n xuÊt bét mµu. Ngoµi ra cßn cã axetat s¾t, axetat natri, axetat mangan ®Ó lµm xóc t¸c cho qu¸ tr×nh tæng hîp h÷u c¬.
III.5. T¹o axit peraxetic:
Mét trong c¸c ph¬ng ph¸p ®iÒu chÕ axit peraxetic lµ oxy ho¸ axit axetic b»ng hydro peroxit.
CH3COOH + H2O2 ® CH3COOOH + H2O
Ph¶n øng nµy x¶y ra víi sù cã mÆt cña xóc t¸c H2SO4 (10-20% träng lîng). Khi lµm viÖc víi c¸c dung dÞch cã chøa axit peraxetic ®ßi hái ph¶i tu©n theo c¸c qui ®Þnh ®Æc biÖt mét c¸ch thËn träng, c¸c thiÕt bÞ ph¶n øng cÇn ph¶i ®îc trang bÞ b»ng c¸c chÕ ®é phßng ngõa ®Æc biÖt. HiÖn nay ngêi ta dïng axit peraxetic ®Ó ®iÒu chÕ c¸c hîp chÊt epoxy.
III.6. Ph¶n øng thÕ halogen vµo gèc hydrocacbon:
Clo ho¸ axit axxetic ë 90-100oC víi sù cã mÆt cña xóc t¸c S, I, P:
OH
CH3 – C + Cl2 ® CH2 – C + HCl
O
O
OH
Cl
Cïng víi axit mono clorua axetic t¹o thµnh cßn cã c¶ di, tri clorua axit axetic. Axit mono clorua axetic ®· ®îc sö dông ®Ó ®iÒu chÕ phenyl glixeric, thuèc trõ cá quan träng ®ã lµ axit 2-4 di clorua phenol axetic vµ muèi cña nã.
III.7. Ph¶n øng víi axit benzoic:
Sù tæng hîp duy nhÊt trªn c¬ së axit axetic lµ sù ®iÒu chÕ axeton phenol khi cho h¬i cña hçn hîp axit axetic vµ axit benzoic ®i qua xóc t¸c ThO2, MnO2 ë 400-500oC:
CH3COOH + C6H5COOH ® C6H5COCH3 + CO2 + H2O
Axeton phenol cã mïi dÔ chÞu ®îc sö dông trong c«ng nghiÖp h¬ng liÖu ®Ó s¶n xuÊt xµ phßng th¬m.
III.8. Ph¶n øng víi C2H2 t¹o thµnh monome vinyl axetat:
CH3COOH + C2H2 ® CH2=CHOCOCH3
T¸c dông víi axetylen trong sù cã mÆt cña Hg ë nhiÖt ®é 30- 85oC sÏ t¹o thµnh etyl diaxetat:
2CH3COOH + C2H2 ® CH3CH(OCOCH3)2
Vinyl axetat ®îc sö dông ®Ó s¶n xuÊt chÊt dÎo, phim kh«ng ch¸y.
III.9. Ph¶n øng lo¹i níc t¹o thµnh anhydric axetic:
Dehydrat ho¸ 2 ph©n tö axit axetic trªn xóc t¸c P2O5 ®Ó ®iÒu chÕ anhydric axetic, tõ ®ã s¶n xuÊt t¬ axetat vµ sîi nh©n t¹o:
2 CH3 – C
O
OH
O
CH3 – C
O
CH3 – C
O
+ H2O
III.10. Axit axetic bÒn víi c¸c t¸c nh©n oxy ho¸ m¹nh nh axit cromic, pemanganat. TÝnh chÊt nµy ®îc øng dông ®Ó tinh chÕ axit axetic khái c¸c t¹p chÊt h÷u c¬. Khi cho h¬i axit axetic qua xóc t¸c oxyt hoÆc cacbonat cña Ca, Ba, Mg... ë 400 0C ta ®îc aceton:
2CH3COOH ® (CH3)2CO + CO2 + H2O
III.11. Khi cã mÆt c¸c muèi cña axit sunfuric, h¬i axit axetic bÞ ph©n huû ë díi 3000C t¹o thµnh metanol vµ oxit cacbon:
CH3COOH ® CH3OH + CO
III.12. Axit axetic cßn cã thÓ t¹o thµnh metan, khÝ cacbonic:
CH3COOH ® CH4 + CO2
IV. C¸c øng dông cña axit axetic :[1,2,5,6,7]
Axit axetic cã nhiÒu øng dông quan träng trong ®ã s¶n xuÊt Vinyl acetat chiÕm 49 %, s¶n xuÊt axetat xenlulo chiÕm 16 %, s¶n xuÊt dung m«i Terephtalic axit, dimetyl Terephtalat (TPA/DMT) chiÕm 12 % cßn l¹i lµ c¸c øng dông kh¸c. C¸c øng dông nµy ®îc tr×nh bµy trong b¶ng 5:
Baûng 5: C¸aùc öùng duïng cuûa axit axetic:
chÊt æn ®Þnh peroxit,
chÊt xóc t¸c tiÕn lu ho¸ cao su,
s¶n phÈm trung gian lµm thuèc nhuém,
dîc phÈm,
thuèc nhuém,
dung m«i,
chÊt ch«ng axit,
chÊt trî dông s¬n, mµi, thuèc næ,mü phÈm,nhùa lµm ®å da, v¶i,film,
thuèc diÖt cá,
chÊt tÈy röa,chÊt kÕt dÝnh,nguyªn liÖu cho nghµnh dÖt,dÊm ¨n, thuèc mµu,s¬n nhùa,
giÊy,
Tæng hîp h÷u c¬,
dung m«i
Tæng hîp h÷u c¬,
chÊt cho thªm vµo thøc ¨n,
bét giÆt,thuèc thö s¾t,níc hoa,chÊt æn ®Þnh vinyl.
Caffein tæng hîp,
nhùa,s¬n,nhùa tæng hîp,cao su tù nhiªn,
dîc phÈm,
thuèc nhuém,
poly( vinyl ancol),
poly( vinyl butyral),
poly( vinyl formal),
nhùa c«ng nghiÖp,
chÊt phñ bÒ mÆt, kÝnh an toµn,
v¶i sîi
este acetoacetic
Vinyl acetat
este cellulo acetat
Tæng hîp h÷u c¬ c¬ b¶n
Acetamit
2,4- D vµ 2,4,5- T axit
Natri cacboxylmetylxenlulo
Etyloroacetat
Glycin
Thioglycolic axit
Dung m«i
Acetoacetic este
poly(vinyl acetat)
poly(vinyl clorit)
Acetanilin
Anhydric acetic
Acetylcloric
Acetat nh«m
cenllulo acetat
cloroacetic axit
Butyl acetat
Isopropyl acetat
TPA/ DMT
Vinyl acetat
9%
16%
2%
Axit Axetic
10%
12%
49%
2%
Chöông II:
CAÙC PHÖÔNG PHAÙP SAÛN XUAÁT AXIT AXETIC.
§Ó s¶n xuÊt axit axetic, ngêi ta cã thÓ ®i tõ c¸c nguån nguyªn liÖu kh¸c nhau, víi c¸c ph¬ng ph¸p kh¸c nhau nh : ph¬ng ph¸p tæng hîp, ph¬ng ph¸p ho¸ häc gç, ph¬ng ph¸p vi sinh.
Tuy nhiªn, ®Ó ®¸p øng nhu cÇu sö dông axit axetic ngµy cµng cao th× hiÖn nay híng chñ yÕu s¶n xuÊt axit axetic lµ c¸c ph¬ng ph¸p tæng hîp:
- Oxy hãa axetaldehyt.
- Tæng hîp tõ oxyt cacbon vµ metanol.
- Oxy hãa trùc tiÕp c¸c hydrocacbon no.
Ngoµi ra axit axetic cßn thu ®îc khi oxy hãa cacbua hydro trong ®ã axit axetic lµ s¶n phÈm phô. Trong c¸c ph¬ng ph¸p trªn th× ph¬ng ph¸p quan träng vµ cã gi¸ trÞ thùc tÕ nhÊt lµ ph¬ng ph¸p oxy hãa axetaldehyt.
I. C«ng nghÖ tæng hîp axit axetic tõ Metanol vµ Cacbon monoxyt:
1. Giíi thiÖu:
C«ng nghÖ s¶n xuÊt axit axetic tõ metanol vµ cacbon monoxyt ë nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt cao ®îc h·ng BASF ®a ra tõ rÊt sím (n¨m 1913) dùa trªn ph¶n øng:
CH3OH + CO ® CH3COOH , DH298 = - 138,6 KJ/mol.
§iÒu kiÖn tiÕn hµnh kh¾c nghiÖt vÒ nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt cao céng víi sù cã mÆt cña c¸c chÊt ¨n mßn m¹nh (c¸c hîp chÊt iodua) ®· ng¨n c¶n viÖc th¬ng m¹i ho¸ c«ng nghÖ nµy.
N¨m 1914, c¸c nghiªn cøu cña REPPE (BASF) cho thÊy sù hiÖu qu¶ cña c¸c cacbonyl kim lo¹i nhãm VIII xóc t¸c cã hiÖu qu¶ cho qu¸ tr×nh cacbonyl ho¸, bao gåm c¶ sù hydroformyl hãa. §iÒu nµy dÉn ®Õn viÖc sù ph¸t triÓn cña c«ng nghÖ nhiÖt ®é cao vµ ¸p suÊt cao (250oC vµ 70MPa ),víi xóc t¸c coban iodua. Qu¸ tr×nh nµy ®îc BASF ®a vµo ¸p dông n¨m 1960 t¹i Ludwigshafen (CHLB §øc). C«ng suÊt ban ®Çu lµ 3.600 tÊn/n¨m. Sau ®ã t¨ng lªn 10.000 tÊn/n¨m vµo n¨m 1964 vµ 35.000 tÊn/n¨m vµo n¨m 1970. N¨m 1981 c«ng suÊt ®¹t 45.000 tÊn/n¨m.
N¨m 1966, Borden Chemical ®· khëi ®éng x©y dùng mét nhµ m¸y s¶n xuÊt axit axetic trªn c¬ s¬ c«ng nghÖ BASF t¹i Geismar ( Bang Louisiana, Mü) víi n¨ng suÊt ban ®Çu lµ 45.000 tÊn/n¨m sau ®ã t¨ng lªn 64.000 tÊn/n¨m vµo n¨m 1981.
N¨m 1968, Monsanto c«ng bè mét kh¸m ph¸ míi vÒ xóc t¸c Rhodi víi chÊt kÝch ho¹t lµ Iotdua cã ho¹t tÝnh vµ ®é chän läc rÊt cao cho ph¶n øng cacbonyl ho¸ metanol(MeOH) t¹o thµnh axit axetic. Metanol cã thÓ bÞ cacbonyl ho¸ ngay c¶ ë ¸p suÊt thêng víi hiÖu suÊt chuyÓn ho¸ lµ 99% theo metanol vµ 90% theo cacbon monoxyt.
Qu¸ tr×nh cã sö dông xóc t¸c nµy ®îc Monsanto th¬ng m¹i hãa vµo n¨m 1970 t¹i bang Texas, Mü. C«ng suÊt ban ®Çu lµ 135.000 tÊn/n¨m, sau ®ã t¨ng lªn 180.000 tÊn/n¨m vµo n¨m 1975. §iÒu kiÖn tiÕn hµnh qu¸ tr×nh Monsanto mÒm h¬n so víi qu¸ tr×nh BASF (3 MPa vµ 180oC ) .
2. Xóc t¸c:
C¸c xóc t¸c sö dông cho qu¸ tr×nh nµy lµ BF3, HF, W, Mo, CuCl2 vµ ZnCl2. Víi c¸c xóc t¸c nµy ph¶n øng x¶y ra ë nhiÖt ®é 200¸3000C , ¸p suÊt 700¸1000 at. Trong ®iÒu kiÖn nh vËy c¸c qu¸ tr×nh phô vµ qu¸ tr×nh ¨n mßn thiÕt bÞ x¶y ra m¹nh.
Xóc t¸c cacbonyl kim lo¹i, cô thÓ lµ hydrocacbonyl coban cã ho¹t tÝnh cao ë 4000C, ¸p suÊt 200¸700 at, cho phÐp tiÕn hµnh ë ®iÒu kiÖn mÒm h¬n, nhËn ®îc Ýt s¶n phÈm phô h¬n.
Xóc t¸c coban ®îc sö dông trong c«ng nghÖ cña BASF, ®îc th¬ng m¹i ho¸ n¨m 1960. N¨m 1968, Monsanto ph¸t hiÖn ra xóc t¸c míi lµ Rh kÝch ®éng bëi HI, cã ho¹t tÝnh vµ ®é chä läc cao, xóc t¸c nµy cho phÐp tiÕn hµnh ph¶n øng ë ®iÒu kiÖn mÒm h¬n: P=3Mpa, T=1800C. Mét sè kim lo¹i chuyÓn tiÕp còng ®îc nghiªn cøu nhng kh«ng thµnh c«ng. Trong sè ®ã th× phøc cña Rh (Monsanto nghiªn cøu), phøc Niken (Halcon vµ Rhone-Poulane) cã triÓn väng h¬n c¶.
3. B¶n chÊt hãa häc vµ ®iÒu kiÖn ph¶n øng:
B¶n chÊt ho¸ häc cña c¶ hai qu¸ tr×nh cña BASF vµ Monsanto lµ t¬ng tù nhau nhng ®éng häc th× kh¸c nhau vÒ viÖc x¸c ®Þnh tèc ®é ph¶n øng. Trong c¶ hai qu¸ tr×nh nµy cã hai vßng xóc t¸c quan träng, mét liªn quan tíi xóc t¸c cacbonyl kim lo¹i vµ mét liªn quan ®Õn chÊt kÝch ho¹t Iodua.
* Qu¸ tr×nh BASF sö dông cacbonyl coban lµm xóc t¸c víi chÊt kÝch ®éng Iodua:
Coban(II) iodua (CoI2) ®îc dïng ®Ó t¸i sinh t¹i chç Co2(CO)8 vµ HI. Tèc ®é ph¶n øng phô thuéc vµo ¸p suÊt riªng phÇn cña cacbon monoxit vµ nång ®é metanol. HiÖu suÊt thu axit axetic ®¹t 90% theo Metanol vµ 70% theo Cacbon monoxit .
C¬ chÕ ph¶n øng nh sau:
Co2(CO)8 + H2O + CO ® 2Co(CO)4H + CO2 (1)
CH3OH + HI ® CH3I + H2O (2)
HCo(CO)4 ® H+ + [Co(CO)4] – (3)
[Co(CO)4]- + CH3I ® CH3Co(CO)4 + I - (4)
CH3Co(CO)4 ® CH3 – C – Co(CO)3 (5)
O
CH3 –C – Co(CO)4 + HI ® CH3COI + H+ + [Co(CO)4] – (7)
O
CH3 – C – Co(CO)3 + CO ® CH3 – C – Co(CO)4 (6)
O
O
CH3COI + H2O ® CH3COOH + HI (8)
Ph¶n øng (1) cã thÓ ®îc coi lµ ph¶n øng chuyÓn ho¸ CO b»ng h¬i níc, trong ®ã Co2(CO)8 lµ xóc t¸c vµ H2 ®îc t¹o ra b»ng c¸ch ph©n ly phøc hydrocacbonyl. Sau ®ã Metyl Iodua bÞ tÊn c«ng bëi t¸c nh©n nucleophil lµ ion [Co(CO)4] - (ph¬ng tr×nh (4)). Gèc Iodua lµm cho ph¶n øng dÔ dµng h¬n v× nã dÔ t¸ch h¬n OH -. CH3I ph¶n øng víi Co(CO)4 - lµ phøc b·o hoµ phèi trÝ d10 vµ v× thÕ qu¸ tr×nh oxy ho¸ céng hîp cña CH3I vµo Co(CO)4- khã kh¨n h¬n vµo [Rh(CO)2I2] -, mét phøc kh«ng b·o hoµ phèi trÝ d8. S¶n phÈm céng hîp ban ®Çu lµ mét phøc 5 phèi trÝ d8 CH3Co(CO)4. V× thÕ giai ®o¹n chuyÓn vÞ metyl ®îc m« t¶ bëi ph¬ng tr×nh (5) x¶y ra chËm h¬n so víi qu¸ tr×nh xóc t¸c bëi Rhodium.
Khi t¹o thµnh hîp chÊt trung gian Axyl cña Coban (ph¬ng tr×nh (6)), hîp chÊt nµy kh«ng bÞ ph©n huû t¹o Coban Iodua v× Iodua kh«ng phèi trÝ víi Coban. C¸c giai ®o¹n liªn quan ®Õn c¬ chÕ ph¶n øng dïng xóc t¸c Rhodi ®îc gi¶i thÝch bëi kh¶ n¨ng ph¶n øng cña Coban thÊp h¬n cña Rhodi. §iÒu nµy gi¶i thÝch t¹i sao nhiÖt ®é cña qu¸ tr×nh BASF l¹i cao h¬n cña qu¸ tr×nh Monsanto. H¬n n÷a ¸p suÊt riªng phÇn cña cacbon monoxit còng ph¶i cao ®Ó æn ®Þnh phøc [Co(CO)4] – .
S¶n phÈm phô cña BASF lµ Metan, Acetaldehyt, Etanol, axit Propionic, Cacbon monoxyt, Ankyl acetat vµ 2- etyl- 1- butanol. Kho¶ng 3,5% chÊt ph¶n øng Metanol mÊt m¸t díi d¹ng Metan, 4,5% díi d¹ng s¶n phÈm phô láng, 2% díi d¹ng khÝ th¶i. Kho¶ng 10% CO nguyªn liÖu bÞ biÕn ®æi thµnh CO2
theo ph¶n øng chuyÓn ho¸ khÝ h¬i níc.
CO + H2O ® CO2 + H2 (9)
* Qu¸ tr×nh Mosanto dïng xóc t¸c Rhodi cacbonyl vµ chÊt kÝch ®éng Iodua:
Qóa tr×nh nµy ®îc tiÕn hµnh ë ®iÒu kiÖn mÒm h¬n so víi qu¸ tr×nh BASF. HÖ xóc t¸c nµy kh«ng nh¹y víi Hydro nh qu¸ tr×nh BASF, c¸c s¶n phÈm phô kh«ng ®¸ng kÓ.
C¸c nghiªn cøu ®éng häc cña ph¶n øng cacbonyl ho¸ metanol bëi xóc t¸c Rhodi cho thÊy r»ng: bËc cña ph¶n øng lµ bËc 0 víi cacbon monoxit vµ metanol vµ bËc 1 víi Rhodi vµ chÊt kÝch ®éng Iodua. NhiÒu hîp chÊt kh¸c cña Rhodi còng ®îc dïng lµm xóc t¸c hiÖu qu¶ ë 150 ¸200oC. ChÊt kÝch ®éng Iodua thêng dïng lµ Metyl Iodua hoÆc mét sè d¹ng Iodua kh¸c.
Khi nguyªn cøu phç häc cho thÊy r»ng Rhodi(III) halogenua cã thÓ bÞ khö trong m«i trêng níc hoÆc rîu thµnh [Rh(CO)2X2] -. Ngoµi ra, khi nh÷ng phøc Rhodi(I). Trong sè c¸c phøc Rhodi ®a vµo m«i trêng ph¶n øng th× [Rh(CO)2I 2] - lµ bÒn nhÊt do ®ã nã lµ xóc t¸c ho¹t ®éng.
Chu tr×nh xóc t¸c chØ ra ë h×nh trªn ®îc x©y dùng trªn c¬ së c¸c nghiªn cøu quang phæ vµ ®éng häc. [Rh(CO)2I2] - ph¶n øng víi metyl Iodua b»ng sù oxy ho¸ céng t¹o hîp chÊt trung gian metyl Rhodi(III). Sau ®ã chuyÓn vÞ metyl t¹o ra hîp chÊt trung gian axyl n¨m phèi trÝ. Hîp chÊt trung gian axyl t¸ch ra axetyl Iodua vµ t¸i sinh phøc [Rh(CO)2I2] -. Axetyl Iodua ph¶n øng víi níc ®Ó t¸i sinh HI vµ t¹o axit axetic. HI l¹i ph¶n øng víi metanol t¹o metyl Iodua. B»ng c¸ch nµy phøc Rhodi ban ®Çu vµ chÊt kÝch ho¹t ®îc t¸i sinh trë l¹i.
S¶n phÈm phô chñ yÕu cña qu¸ tr×nh lµ CO2 vµ H2 do ph¶n øng chuyÓn ho¸ CO bëi xóc t¸c lµ hîp chÊt Rhodi:
[ Rh(CO)2I2]- + 2HI ® [ Rh(CO)I4]- + H2 + CO
[ RH(CO)I4]- + 2CO + H2O ® [Rh(CO)2I2] - + CO2 + 2HI
------------------------------------------------------------------------------------
CO + H2O ® CO2 + H2
4. S¬ ®å c«ng nghÖ cña BASF: (h×nh 1)
g
n
P
o
m
K
i
h
f
e
b
c
a
A x i t a x e t i c
K h í t h aû i
M e t a n o l
C h aá t
P h a ûn öù n g
N ö ôù c
D i m e t y l
E t e
l
C O
S ¶ n p h È m n Æ n g
H×nh 1: S¬ ®å c«ng nghÖ s¶n xuÊt axit axetic cña h·ng BASF.
a. ThiÕt bÞ gia nhiÖt. i. Cét t¸ch khÝ
b. Lß ph¶n øng. k. Th¸p lµm kh«
c. ThiÕt bÞ lµm l¹nh. l. Cét tinh chÕ axit
d. ThiÕt bÞ ph©n ly ¸p suÊt cao. m. Th¸p t¸ch cÆn
e. ThiÕt bÞ ph©n ly ¸p suÊt trung b×nh. n. Th¸p phô
f. Buång gi¶n në. o. Th¸p röa
g. Buång ph©n ly. p. Cét röa khÝ.
h. Cét t¸ch khÝ.
Cacbon monoxit, metanol (chøa 60% dimetyl ete), xóc t¸c tuÇn hoµn, xóc t¸c míi, metyl Iodua tuÇn hoµn (tõ th¸p röa) ®îc ®a ®Õn thiÕt bÞ ph¶n øng ¸p suÊt cao (b). Mét phÇn cña nhiÖt ph¶n øng ®îc dïng ®Ó ®un nãng s¬ bé nguyªn liÖu, phÇn nhiÖt cßn l¹i ®îc tiªu t¸n däc theo èng ph¶n øng. S¶n phÈm ph¶n øng ®îc lµm l¹nh vµ ®a ®Õn thiÕt bÞ ph©n ly ¸p suÊt cao (d). KhÝ th¶i ®îc ®a vµo th¸p röa (o) phÇn láng ®îc gi¶n në tíi ¸p suÊt 0,5 ¸ 1 MPa trong thiÕt bÞ ph©n ly ¸p suÊt trung b×nh (e). KhÝ tho¸t ra còng ®îc vµo th¸p röa (o), phÇn láng tõ thiÕt bÞ ph©n ly ¸p suÊt trung b×nh ®îc ®a ®Õn buång gi¶n në (f). KhÝ ra khái buång ®îc ®a ®Õn thiÕt bÞ röa (p). KhÝ tõ thiÕt bÞ röa vµ th¸p röa lµ khÝ th¶i. C¶ thiÕt bÞ röa vµ th¸p röa ®Òu dïng metanol nguyªn liÖu ®Ó thu håi metyl Iodua vµ c¸c hîp chÊt Iodua dÔ bay h¬i kh¸c. Dung dÞch metanol nµy ®îc ®a trë l¹i thiÕt bÞ ph¶n øng. Thµnh phÇn khÝ th¶i (% thÓ tÝch) : CO: 65 - 75%, CO2: 15 - 20%, CH4: 3 - 5% vµ h¬i metanol.
Axit tõ buång gi·n në (f) chiÕm 45% khèi lîng axit axetic, 35% khèi lîng níc, 20% khèi lîng este (chñ yÕu lµ metyl axetat). Axit ®îc tinh chÕ ë 5 th¸p chng cÊt. Th¸p thø nhÊt (h) dïng ®uæi khÝ tõ hçn hîp s¶n phÈm th«, khÝ tho¸t ra ®îc ®a vµo th¸p röa. Xóc t¸c ®îc t¸ch ra b»ng c¸ch chng cÊt c¸c cÊu tö dÔ bay h¬i ë thiÕt bÞ t¸ch xóc t¸c (i). T¹i thiÕt bÞ sÊy (k) cho phÐp nhËn ®îc axit tinh b»ng ph¬ng ph¸p chng cÊt ®¼ng phÝ. S¶n phÈm ®Ønh cña th¸p lµm kh« chøa axit axetic, axit formic, níc, s¶n phÈm phô, chóng t¹o hçn hîp ®¼ng phÝ víi níc. S¶n phÈm ®Ønh nµy lµ mét hÖ hai pha, nã ®îc t¸ch tõ buång (g). Mét phÇn cña pha h÷u c¬, chøa chñ yÕu este ®îc ®a trë l¹i (k), ë ®ã nã ®ãng vai trß lµ mét t¸c nh©n ®¼ng phÝ. PhÇn cßn l¹i ®îc ®a ®Õn th¸p phô (n), ë ®©y phÇn nÆng ®îc lÊy ra ë phÇn ®¸y th¸p, phÇn nhÑ ë ®Ønh th¸p ®îc ®a tuÇn hoµn l¹i thiÕt bÞ ph¶n øng. PhÇn chñ yÕu ë th¸p lµm kh« ®îc ®a ®Õn th¸p lµm s¹ch lÇn cuèi, ë ®ã axit axetic ®îc lÊy ra ë ®Ønh th¸p, s¶n phÈm ®¸y ®îc ®a ®Õn th¸p t¸ch cÆn (m). S¶n phÈm ®Ønh cña th¸p nµy ®îc ®a tíi th¸p t¸ch níc, s¶n phÈm ®¸y chøa 50% khèi lîng axit propionic ®îc ®a ®i thu håi.
5. C«ng nghÖ cña h·ng Monsanto: (h×nh 2)
KhÝ ra
a
g
g
g
g
f
b
c
d
e
CO
CH3OH
H×nh 2: S¬ ®å c«ng nghÖ s¶n xuÊt axit axetic cña h·ng Monsanto.
a) hÖ thèng ph¶n øng; b) th¸p cÊt phÇn nhÑ; c) th¸p lµm kh«;
d) th¸p cÊt phÇn nÆng; e) th¸p cuèi cïng; f) hÖ thèng läc khÝ;
g) thïng chøa cho qu¸ tr×nh chng cÊt.
Cacbon monoxit vµ metanol ph¶n øng víi nhau trong thiÕt bÞ ph¶n øng (a) t¹o axit axetic. KhÝ trong c¸c èng ph¶n øng vµ lµm s¹ch ®îc tËp hîp l¹i vµ röa ì th¸p (f) ®Ó thu håi phÇn nhÑ gåm Iodua h÷u c¬, sau ®ã tuÇn hoµn l¹i thiÕt bÞ ph¶n øng. Axit axetic th« ®îc ®a tíi th¸p chng phÇn nhÑ (b). S¶n phÈm nhÑ ë ®Ønh ®îc ®a vÒ hÖ thèng läc khÝ (f) s¶n phÈm nÆng cho quay trë l¹i hÖ thèng ph¶n øng (a), Axit axetic ®îc lÊy ra ë dßng bªn vµ ®a ®Õn th¸p lµm kh« (c). T¹i ®©y níc ®îc t¸ch ra b»ng ph¬ng ph¸p chng cÊt ®¬n gi¶n. S¶n phÈm ®Ønh cña th¸p lµm kh« lµ hçn hîp cña axit axetic vµ níc ®îc ®a vÒ thiÕt bÞ ph¶n øng. Axit axetic kh« tõ th¸p lµm kh« cho qua th¸p (d), ë ®ã axit propionic ®îc t¸ch ra díi d¹ng s¶n phÈm ®¸y. S¶n phÈm ®Ønh lµ axit axetic ®îc ®a tíi th¸p lµm s¹ch lÇn cuèi (e). Axit axetic cã ®é tinh khiÕt cao ®îc lÊy ra díi d¹ng h¬i gi÷a th¸p, s¶n phÈm ®Ønh vµ ®¸y ®îc tuÇn hoµn l¹i thiÕt bÞ ph¶n øng.
6. §¸nh gi¸ ph¬ng ph¸p cña BASF vµ Monsanto:
VÒ b¶n chÊt ho¸ häc c¶ hai c«ng nghÖ BASF vµ Monsanto cã thÓ coi lµ nh nhau, nhng kh¸c nhau vÒ ®éng häc.
§iÒu kiÖn tiÕn hµnh ph¶n øng cña c«ng nghÖ Monsanto mÒm h¬n ®iÒu kiÖn cña c«ng nghÖ BASF .
HÖ thèng thiÕt bÞ cña c«ng nghÖ Monsanto ®¬n gi¶n h¬n nªn chi phÝ ®Çu t ban ®Çu Ýt h¬n.
S¶n phÈm cña c«ng nghÖ Monsanto ®îc lÊy ra bªn c¹nh sên th¸p lµm s¹ch nªn ®é tinh khiÕt cao do Ýt lÉn c¸c cÊu tö nÆng vµ nhÑ.
II. S¶n xuÊt axit axetic b»ng ph¬ng ph¸p oxy ho¸ c¸c hydrocacbon:
II.1. Oxy ho¸ trùc tiÕp c¸c hydrocacbon no : [1,2,3,5,6]
Oxy ho¸ pha láng mét sè hydrocacbon no (LPO), ®Æc biÖt lµ ®èi víi c¸c hydrocacbon cã cÊu tróc m¹ch th¼ng, dµi cã thÓ lµ mét ph¬ng ph¸p ®Ó s¶n xuÊt ra c¸c axit cacboxylic. N-butan lµ nguyªn liÖu ®Æc biÖt thÝch hîp ®Ó s¶n xuÊt axit axetic.
Qóa tr×nh nµy ®· ®îc mét sè c«ng ty ph¸t triÓn më réng qui m« vµ thu ®îc nh÷ng thµnh tùu rÊt kh¶ quan.
C«ng ty
Quèc gia
S¶n lîng (tÊn/n¨m)
Celanese
Union carbid
Chemische Werk Huls
Texas, Pampa
Brownsville, Texas
Marl, Germany
263000
295000
240000
Khi oxy ho¸ n-parafin, sù c¾t m¹ch chñ yÕu x¶y ra ë c¸c mèi liªn kÕt gi÷a c¸c nguyªn tö C bËc 2. V× vËy n-butan sÏ t¹o ra s¶n phÈm chÝnh lµ axit axetic vµ mét sè s¶n phÈm phô nh metyl etyl xeton vµ etyl axetat.
CH3CH2CH2CH3 + O2 ® 2CH3COOH
II.1.1. C¬ së ho¸ häc:
CH3- CH2- CH- CH3 + RH CH3- CH2 - CH - CH3 + R* (3)
OOH
OO*
CH3- CH2- CH2 –CH3 + R* CH3- CH2- C*H - CH3 + RH (1)
CH3- CH2- C*H- CH3 + O2 CH3- CH2 - CH - CH3 (2)
OO*
C¬ së ho¸ häc cña qóa tr×nh oxy ho¸ pha láng n- butan lµ kh¸ phøc t¹p. Qu¸ tr×nh oxy ho¸ hydrocacbon no x·y ra theo ch¬ chÕ chuæi gèc ®ång ly. Sù oxy ho¸ chuçi gèc ®ång ly gåm c¸c giai ®o¹n: kh¬i mµo, ph¸t triÓn m¹ch, t¨ng trëng, ®øt m¹ch vµ ph©n nh¸nh m¹ch.
CH3- CH2- CH- CH3 + R - C – R’’ CH3 – CH2
CH3 - CH2 - C - CH3 + O2 + R - C - R’’ (5)
OO*
OO*
R’
C
O – O*
O*
H ... O
C
R
R”
R’
CH3
R’
OH
CH3- CH2- CH- CH3 + ROO* CH3- CH2 - CH - CH3 + RO* + O2 (4)
O*
OO*
O
CH3- CH2- CH- CH3 + M n+ CH3- CH2 - CH - CH3 + M (n+1) + (6)
CH3- CH2 - CH - CH3
OO -
OO*
OOH
H+
CH3- CH2- CH- CH3 CH3- CH2 - CH - CH3 + OH* (7)
O*
OOH
CH3- CH2- CH- CH3 + M n + CH3- CH2 - CH - CH3 + OH - + M(n + 1)+ (8) (4)
O*
OOH
RO* + RH ROH + R* (9)
R - C - R’’ R - C - R’ + R’* (10)
O*
R’
O*
ë giai ®o¹n kh¬i mµo nguyªn tö hydro ë C bËc 2 bÞ t¸ch ra kh¸ dÔ dµng t¹o ra gèc alkyl bËc 2 (ph¬ng tr×nh (1)). Gèc nµy cã kh¶ n¨ng t¸c dông víi oxy ®a tõ ngoµi vµo vµ chuyÓn ho¸ tiÕp thµnh gèc butyl peroxy bËc 2 (ph¬ng tr×nh (2)). Gèc alkyl peroxy cã kh¶ n¨ng kÕt hîp víi Hydro tù do ®Ó t¹o thµnh hydro peroxy nhng tèc ®é ph¶n øng nµy kh«ng cao do nång ®é Hydro tù do kh«ng lín. Tuy nhiªn, nång ®é alkyl peroxit dÇn cµng t¨ng nhanh vµ khi ®¹t ®Õn mét giíi h¹n nhÊt ®Þnh th× x¶y ra ph¶n øng kÕt hîp gi÷a 2 gèc peroxy (ph¬ng tr×nh (4 vµ 5)).
Hydro peoxy còng cã thÓ ®îc t¹o ra khi gèc peroxy t¸c dông ion xóc t¸c mang ho¸ trÞ thÊp . C¸c hydro peroxy lµ nguån gèc ®Ó t¹o ra c¸c gèc míi cho c¸c ph¶n øng d©y chuyÒn (ph¬ng tr×nh (7,8)) .
Ph¬ng tr×nh (4) cho thÊy sù chuyÓn ho¸ cña gèc peroxy kÐm ho¹t ®éng thµnh gèc al._.koxy cã kh¶ n¨ng ho¹t ®éng m¹nh . Tuy nhiªn c¸c gèc alkoxy còng cã thÓ thùc hiÖn ph¶n øng c¾t b t¹o ra hîp chÊt cacbonyl vµ gèc alkyl (ph¬ng tr×nh (10)). Nª'u gèc alkoxy lµ bËc 3 th× hîp chÊt cacbonyl t¹o thµnh lµ xªton , nÕu gèc alkoxy lµ bËc 2 th× s¶n phÈm t¹o thµnh lµ andehyt vµ nÕu lµ gèc bËc 1 th× formaldehyt lµ s¶n phÈm chÝnh .
Ph¶n øng (5) ®îc coi lµ “c¬ chÕ ®øt chuçi Russell”, nã gi¶i thÝch sù chuyÓn ho¸ cña hai gèc peroxy ®Ó trùc tiÕp t¹o ra hîp chÊt cacboxyl, ancohol vµ mét ph©n tö O2. Do sù ph¸ huû chuçi trong qu¸ tr×nh oxy ho¸ n-butan trong pha láng diÔn ra hÕt søc nhanh ngay trong ®iÒu kiÖn thêng cho c¸c s¶n phÈm quan träng nh 2-butanol vµ 2- butanon.
S¶n phÈm phô chñ yÕu cña qu¸ tr×nh lµ 2- butanone. MÆc dï chóng ®îc t¹o ra rÊt chËm so víi axetandehyt nhng chóng vÉn cã kh¶ n¨ng oxy ho¸ s©u h¬n ®Ó t¹o ra axit axetic. S¶n phÈm phô n÷a lµ axit propionic (tõ oxi ho¸ propinal) vµ axit butyric (tõ gèc n butyl).
Iso butan lµ mét t¹p chÊt cã lÉn trong khÝ butan víi hµm lîng 1-5% còng bÞ oxy ho¸ theo c¬ chÕ t¬ng tù c¬ chÕ oxy ho¸ n butan do sù tÊn c«ng m¹nh vµo nguyªn tö hydro ë cacbon bËc 3. Gèc tert-butoxyl tham gia ph¶n øng t¸ch b ( b-crission) ®Ó t¹o ra gèc metyl vµ axeton.
II.1.2. S¬ ®å d©y chuyÒn s¶n xuÊt:
a. S¬ ®å oxi ho¸ trùc tiÕp n-butan trong pha láng (LPO) : (h×nh 3)
Dung m«i
Kh«ng khÝ
a
b
c
d
e
f
H2O
Axit formic
f
f
f
n-Butan
Axit axetic
KhÝ th¶i
Axit propionic + cÆn
H×nh 3: S¬ ®å c«ng nghÖ oxy ho¸ trùc tiÕp n-butan trong pha láng.
(D©y chuyÒn s¶n xuÊt cña Werke Huls)
a. ThiÕt bÞ ph¶n øng d. ThiÕt bÞ ph©n chia
b. Lµm l¹nh b»ng kh«ng khÝ e. Cét ¸p suÊt
c. Collector f. Cét chng t¸ch.
ThiÕt bÞ ph¶n øng (a) cã chøa 1 èng phun níc cho lß ph¶n øng hoÆc nhiÒu èng ph©n t¸ch tõng pha ®Ó t¸ch khÝ vµ 2 pha láng ®îc h×nh thµnh do dßng ra khái thiÕt bÞ ph¶n øng.
T¸c nh©n oxy ho¸ cã thÓ dïng lµ kh«ng khÝ hoÆc ®a phÇn dïng lµ kh«ng khÝ giµu oxy. C¸c b×nh ph¶n øng ®îc coi lµ “ cét “ hoÆc trong oxi ho¸ naphta, gäi lµ b×nh ph¶n øng h×nh èng . Trong trêng hîp tæng hîp c¸c chÊt trung gian ®Æc biÖt lµ 2-butanol th× cã thÓ bè trÝ b×nh ph¶n øng thµnh c¸c ®o¹n vµ lÊy s¶n phÈm trung gian ë gi÷a b×nh ph¶n øng.
NhiÖt ®é qu¸ tr×nh thêng lµ 150-2000 C (nhiÖt ®é tíi h¹n cña n- butan lµ 1520C) , ¸p suÊt trong b×nh duy tr× ë møc 5,6 MPa . H¬i níc ®îc sinh ra tõ nhiÖt cña ph¶n øng. Dung m«i cña ph¶n øng gåm cã axit axetic, c¸c s¶n phÈm trung gian, níc vµ hydrocacbon hoµ tan. Khã kh¨n nhÊt lµ viÖc ®iÒu chØnh hµm lîng níc cã trong hçn hîp n»m trong mét giíi h¹n cho phÐp v× vÊn ®Ò t¸ch níc ra khái axÝt rÊt phøc t¹p. C¸c ion kim lo¹i Mn, Co, Ni, Cr ®îc sö dông nh chÊt xóc t¸c cho qu¸ tr×nh.
H¬i hydrocacbon trong khÝ tõ thiÕt bÞ ph¶n øng (a) ®îc thu håi vµ cho tuÇn hoµn trë l¹i. T¹i ®©y cã sö dông hÖ thèng tuabin gi·n në khÝ (b) tËn dông c«ng thõa cña khÝ ®Ó nÐn kh«ng khÝ tríc khi ®a vµo thiÕt bÞ ph¶n øng.
C¸c hîp chÊt h÷u c¬ tõ thiÕt bÞ ph©n chia pha (d) sÏ ®îc tuÇn hoµn trë l¹i thiÕt bÞ ph¶n øng. Líp díi lµ pha níc ®îc chng t¸ch vµ thu håi hydrocacbon.
PhÇn cÆn bao gåm c¸c s¶n phÈm hydrocacbon quan träng nh dÉn xuÊt cña c¸c chÊt oxi ho¸ trung tÝnh (chñ yÕu lµ anldehyt, xªton, este vµ rîu), níc, axit mono dÔ bay h¬i (formic, axetic, propionic, butyric) vµ c¸c chÊt kh«ng bay h¬i nh cÆn xóc t¸c, cÆn s¶n phÈm, ...
ViÖc t¸ch níc lµ rÊt khã kh¨n do níc vµ axit axetic t¹o thµnh hçn hîp ®¼ng phÝ, do ®ã ph¶i sö dông ®Õn chng cÊt ®¼ng phÝ sö dông t¸c nh©n cuèn theo nh este hoÆc cã thÓ dïng ph¬ng ph¸p chiÕt.
b. Tæng hîp axit axetic b»ng oxi ho¸ ph©n ®o¹n nhÑ cña x¨ng: (h×nh 4)
K.khÝ
S¶n phÈm
H¬i
H2O
KhÝ
7
9
2
5
4
6
8
3
3
1
H×nh 4: S¬ ®å c«ng nghÖ oxy ho¸ ph©n ®o¹n nhÑ cña x¨ng.
1. Th¸p ph¶n øng 4.Trao ®æi nhiÖt 7. B¬m
2. Th¸p chng ph©n ®o¹n 5. Lµm nguéi 8. T¸ch li
3. ThiÕt bÞ t¸i sinh h¬i 6. M¸y gi¶m ¸p 9. Nåi ®un
Ph©n ®o¹n nhÑ cña x¨ng chøa n-parafin vµ iso-parafin nªn sÏ lµm cho tiÕn tr×nh ph¶n øng còng nh thµnh phÇn cña s¶n phÈm rÊt phøc t¹p.
Tuy vËy, c¸c s¶n phÈm cã thÓ chia thµnh 2 nhãm axit (formic, axit axetic, propionic..) vµ c¸c hîp chÊt trung gian (rîu, axeton). Nhãm sau cïng thêng dÔ bay h¬i (t¹o ra hçn hîp ®¼ng phÝ víi níc) vµ ®iÒu nµy cho phÐp t¸ch c¸c chÊt trung gian ra khái axit vµ ®a chóng tham gia trë l¹i qu¸ tr×nh oxi ho¸. Tõ ph©n ®o¹n axit sÏ t¸ch ®îc c¸c axit formic, axit axetic, propionic, sucxinic : hiÖu suÊt cña chóng tÝnh trªn 100 kg x¨ng t¬ng øng lµ 20; 70-75 ; 10-15 vµ 5-10 kg.
Sù oxy ho¸ x¨ng tiÕn hµnh kh«ng cã xóc t¸c hay cã xóc t¸c ë 170-2000C vµ 5 MPa . V× r»ng c¸c s¶n phÈm chÝnh bÒn víi sù oxi ho¸ tiÕp tôc nªn thiÕt bÞ ph¶n øng thêng lµ d¹ng th¸p sôc khÝ ®¬n gi¶n trong ®ã nhiÖt to¶ ra sÏ dïng ®Ó bay h¬i x¨ng vµ c¸c s¶n phÈm trung gian cña sù oxi ho¸ . Hçn hîp ph¶n øng sÏ ®a qua th¸p (2) ®Ó chng cÊt x¨ng kh«ng chuyÓn ho¸ vµ c¸c chÊt trung gian ®a trë vÒ thiÕt bÞ ph¶n øng . ChÊt láng ë ®¸y th¸p nµy sÏ ®em t¸ch c¸c axit .
Thµnh c«ng cña qui tr×nh trªn kh«ng chØ thÓ hÞªn ë sù ®¬n gi¶n ho¸ giai ®o¹n ph©n t¸ch c¸c s¶n phÈm mµ cßn lµm t¨ng hiÖu qu¶ sö dông n¨ng lîng cña hÖ thèng, kh«ng khÝ d cïng víi h¬i cña c¸c h÷u c¬ phÝa trªn thiÕt bÞ ph¶n øng sÏ cho qua thiÕt bÞ t¸i sinh h¬i (3), ë ®©y t¸i sinh h¬i cã ¸p suÊt phï hîp. Sau ®ã nhiÖt cña khÝ ®îc sö dông trong phÇn trao ®æi nhiÖt (4) ®Ó ®un nãng níc, cßn ¸p suÊt khÝ trong bé phËn gi¶m ¸p (6) sÏ thay ®æi nhê thÕ mµ ë bé phËn lµm nguéi (5) tõ khÝ sÏ ngng tô ®îc phÇn cßn d cña h¬i x¨ng. PhÇn ngng tô nµy sÏ ®a trë l¹i vÒ th¸p (1) ®Ó oxi ho¸.
II.2. Oxy ho¸ trùc tiÕp c¸c hydrocacbon khoâng no : [1,2,3,5]
Axit axetic cã thÓ s¶n xuÊt ®îc tõ qu¸ tr×nh oxy ho¸ trùc tiÕp etylen, nhng qu¸ tr×nh nµy chØ m« t¶ mét bíc cña c«ng nghÖ s¶n xuÊt vµ tinh chÕ axetaldehyt cã n¨ng suÊt lín trong thêi gian võa qua.
ViÖc s¶n xuÊt axit axetic tõ popylen còng ®· ®îc ph¸t triÓn , qu¸ tr×nh nµy x¶y ra trong pha khÝ víi sù cã mÆt cña xóc t¸c oxit kim lo¹i (U, W, Mo, Ti, ...) vµ h¬i níc ë nhiÖt ®é 250¸4000C, ¸p suÊt thêng nhng hiÖu suÊt kh«ng qu¸ 50¸70%.
Tuy nhiªn, olefin chñ yÕu ®Ó s¶n xuÊt axit axetic trong c«ng nghiÖp lµ n-buten. Qóa tr×nh ®îc tiÕn hµnh trùc tiÕp trong pha h¬i hoÆc pha láng, hoÆc gi¸n tiÕp qua hîp chÊt trung gian lµ butyl axetat.
Oxy ho¸ trùc tiÕp n-buten: [3]
Ph¬ng tr×nh ph¶n øng x¶y ra nh sau:
n-C4H8 + 2O2 2CH3COOH , DH=-985 kj/mol C4H8
Qóa tr×nh nµy cã thÓ ®¹t ®îc trong hçn hîp cña isome. Trong hçn hîp tån t¹i c©n b»ng nhiÖt ®éng gi÷a 1-buten vµ 2-buten, chóng cã thÓ bÞ k×m h·m hoÆc x¶y ra sù biÕn ®æi mau lÑ h¬n. S¶n phÈm trung gian cña qu¸ tr×nh nµy lµ axeton vµ axetaldehyt.
Qóa tr×nh nµy x¶y ra tèt nhÊt trong pha khÝ víi sù cã mÆt cña oxy d, ®é chuyÓn ho¸ tõ 60¸90%, ®é chän läc 50¸70%. Qóa tr×nh nµy chÞu sù ¶nh hëng cña h¬i níc vµ oxy, x¶y ra ë 250¸3000C, ¸p suÊt 1,5¸3Mpa víi sù cã mÆt cña oxyt vanadi hoÆc c¸c xóc t¸c baz¬ kh¸c nhau. C¸c s¶n phÈm phô gåm c¸c hîp chÊt axit (formic, maleic, propyonic, acrylic...), aldehyt (formandehyt, axetaldehyt, ...), ancohol (isopropanol, butanol...), keton (axeton, metyl-etyl keton...), este, CO, CO2.
Qóa tr×nh oxy ho¸ trong c«ng nghiÖp gåm hai giai ®o¹n chÝnh:
+ Giai ®o¹n 1:
Gia nhiÖt nguyªn liÖu n-buten ®Õn nhiÖt ®é cÇn thiÕt vµ ®a vµo thiÕt bÞ oxy ho¸ b»ng kh«ng khÝ trong líp xóc t¸c láng, víi môc ®Ých ®Ó ®¶m b¸ä trao ®æi nhiÖt trong suèt qu¸ tr×nh chuyÓn ho¸ b»ng s¶n phÈm h¬i.
+ Giai ®o¹n 2:
T¸ch s¶n phÈm vµ c¸c thµnh phÇn phøc t¹p kh¸c sau khi ph©n ly khÝ th¶i nhê c¸c qu¸ tr×nh chng ®¬n gi¶n vµ chng ®¼ng phÝ.
C«ng nghÖ cña qu¸ tr×nh nµy ®îc ®a ra bëi h·ng Chemische Werke Huls. Tuy nhiªn c«ng nghÖ nµy chØ dõng l¹i ë nghiªn cøu mµ cha ®a vµo s¶n xuÊt trong c«ng nghiÖp.
Oxy ho¸ n-buten qua hîp chÊt trung gian butyl axetat: [3]
§Ó kh¾c phôc nhng h¹n chÕ cña qu¸ tr×nh oxy ho¸ trùc tiÕp n-buten, Bayer ®· ®a ra c«ng nghÖ oxy ho¸ víi qu¸ tr×nh x¶y ra qua hîp chÊt trung gian lµ butyl axetat.
Qóa tr×nh s¶n xuÊt axit axetic ®îc tiÕn hµnh qua hai bíc sau:
+ Este ho¸ n-buten:
O
CH3
n-C4H8 + CH3COOH CH3-CH2-CH-O-C-CH3
+ Cracking hîp chÊt trung gian:
O
CH3
CH3-CH2-CH-O-C-CH3 + 2O2 3CH3COOH
Qu¸ tr×nh s¶n xuÊt axit axetic gåm 3 giai ®o¹n sau: (S¬ ®å c«ng nghÖ ®îc biÓu diÔn trªn h×nh 5)
* Este ho¸ n- buten:
Qu¸ tr×nh ®îc tiÕn hµnh trong thiÕt bÞ ph¶n øng d¹ng thïng khuÊy ë 1100C vµ ¸p suÊt 1,5 ¸ 2 Mpa. Toµn bé C4 ®îc ®a vµo cïng víi axit axetic vµ 20% (träng lîng) cña xóc t¸c (ion trao ®æi) trong butyl axetat. Hçn hîp ra ®îc gi÷ ë 1050C vµ 0,7 Mpa nh»m ®Ó t¸ch riªng butan vµ n-buten chöa phaûn öùng. Xuùc taùc thì khoâng bò maát maùt trong thieát bò phaûn öùng nhôø bôm ly taâm vaø tuaàn hoaøn trôû laïi. Ñoä chuyeån hoaù cuûa n-buten töø 50¸80%.
* Cracking butyl axetat:
Quùa trình cracking xaûy ra trong pha loûng vôùi söï coù maët cuûa oxy hoaëc khoâng khí ôû 1950C vaø 6Mpa, khoâng coù xuùc taùc trong thieát bò phaûn öùng daïng thaúng ñöùng.
Ñoä chuyeån hoaù töø 30¸ 50%, hieäu suaát quaù trình khoaûng 80%. Khí coøn laïi trong thieát bò phaûn öùng ñöôïc röûa baèng axit axetic trong doøng chaûy cuûa xuùc taùc (4900C vaø 6MPa) sau ñoù ñöôïc tuoác bin cuûa maùy neùn ñaåy ra ngoaøi.
* Tinh cheá axit axetic:
Baèng quaù trình chöng ñaúng phí ñeå taùch vaø tuaàn hoaøn butyl axetat chöa phaûn öùng vaø caùc saûn phaåm trung gian khaùc cuûa quaù trình. Sau ñoù laø caùc quaù trình taùch axit formic, axit axetic vaø tuaàn hoaøn trôû laïi moät phaàn ñeán quaù trình este hoaù.
Do hieäu suaát cuûa quaù trình raát thaáp (45¸55%) neân quaù trình naøy ñaõ khoâng coøn ñöôïc söû duïng trong coâng nghieäp.
III. Ph¬ng ph¸p s¶n xuÊt axit axetic tõ axetaldehyt: [1,2,3,5,6,7]
Phöông phaùp oxy hoaù axetaldehyt ñeå ñieàu cheá axetic axit ñöôïc söû duïng roäng raûi trong coâng nghieäp, phaûn öùng cuûa quaù trình xaûy ra nhö sau:
+ Taïo thaønh peroxit axetyl, sau ñoù phaân huyû thaønh axit axetic:
CH3CHO + O2 CH3 C O CH3COOH + O
O OH
+ Oxy nguyeân töû tieáp tuïc oxy hoaù axetaldehyt thaønh axit axetic:
CH3CHO + O CH3COOH
Phaûn öùng oxy hoaù axetaldehyt coù theå tieán haønh trong pha hôi hoaëc pha loûng, phaûn öùng tieán haønh trong pha hôi khoâng caàn xuùc taùc nhöng phaûn öùng toaû nhieàu nhieät neân deã xaûy ra ñun noùng cuïc boä laøm cho phaûn öùng taïo nhieàu saûn phaåm phuï do axetaldehyt bò oxy hoaù saâu, maët khaùc hôi axetaldehyt taïo vôùi khoâng khí hoãn hôïp noå trong giôùi haïn roäng. Chính vì vaäy maø trong thöïc teá ít duøng phöông phaùp naøy. Ngöôøi ta thöôøng hay tieán haønh oxy hoaù axetaldehyt trong pha loûng coù maët cuûa xuùc taùc. Caùc xuùc taùc hay duøng lµ hîp chÊt cña c¸c kim lo¹i coban, mangan, vanadi, ... Trong qu¸ tr×nh ph¶n øng th× nhiÖt ®é lµ yÕu tè ¶nh hëng nhiÒu ®Õn qu¸ tr×nh. ChÊt oxy ho¸ thêng hay dïng lµ oxy hay kh«ng khÝ cã nit¬, nit¬ sÏ kÐo theo axetaldehyt ra ngoµi.
Trong c«ng nghiÖp thêng dïng hçn hîp xóc t¸c Co(Mn):Cu víi tû lÖ 1:(1:3), ngoµi ra cßn thªm vµo qu¸ tr×nh etyl axetat t¹o víi níc hçn hîp ®¼ng phÝ ®Ó t¸ch níc ra khái ph¶n øng. S¶n phÈm phô khi oxy ho¸ axetaldehyt metyl axetat, etyliden di axetat, axit formic vµ CO2.
Trong thùc tÕ ngêi ta thêng tiÕn hµnh tæng hîp axit axetic tõ axetaldehyt b»ng hai c«ng nghÖ sau:
+Tæng hîp axit axetic trong pha láng víi xóc t¸c lµ axetat mangan.
+Tæng hîp axit axetic thêi víi anhydric axetic.
Ph¬ng ph¸p tæng hîp axit axetic trong pha láng víi xóc t¸c lµ mangan axetat sÏ ®îc ®a ra trong phÇn sau. Sau ®©y lµ c«ng nghÖ s¶n xuÊt ®ång thêi anhydric axetic vµ axit axetic.
B¶n chÊt vµ ®iÒu kiÖn ph¶n øng:
Trong ®iÒu kiÖn oxy ho¸ aldehyt th× song song víi axit cacboxylic còng nhËn ®îc anhydric.
+ 0,5O2 CH3COOH
CH3CHO
+0,5O2 0,5 (CH3CO)2O + 0,5 H2O
Do khi t¹o thµnh anhydric kh«ng k×m h·m ®îc sù céng níc nªn g©y ra kh¶ n¨ng thuû ph©n nã thµnh axit. Mét trong c¸c ®iÒu kiÖn ®Ó tæng hîp ®«ng thêi alhydric vµ axit lµ t¸ch lo¹i níc nhanh. §Ó lµm ®îc ®iÒu nµy ngêi ta thêng sö dông c¸c chÊt phô ®¼ng phÝ (etyl axetat, di-isopropyl ete) nhng vÒ sau ngêi ta ®· x¸c ®Þnh lµ cã thÓ kh«ng cÇn chóng. Lóc ®ã c¸c yÕu tè chÝnh ®iÒu chØnh hiÖu suÊt gi÷a axit vµ anhydric sÏ ®îc t¹o ra bëi:
+Thµnh phÇn cña chÊt xóc t¸c ®ång thÓ cã thÓ lµ hçn hîp muèi Co hay Mn víi c¸c muèi ®ång(Co + Cu; Mn + Cu) theo tû lÖ t¬ng øng 1:(1:3) hay thËm chÝ lµ dïng nång ®é cña nã lín trong dung dÞch ph¶n øng nµy.
+ Sö dông chÊt oxy ho¸ khÝ lo·ng (7¸9%) phÇn thÓ tÝch oxy vµ tiÕn hµnh qu¸ tr×nh oxy ho¸ trong vïng khuyÕch t¸n hay gÇn víi nã (sÏ lµm gi¶m nång ®é cña axit trong pha láng vµ lµm t¨ng nång ®é c¸c gèc tù do CH3-C*=O mµ th«ng qua nã t¹o ra anhydric).Trong c¸c ®iÒu kiÖn nµy, tû lÖ gi÷a axit vµ alhydric t¹o thµnh cã thÓ thay ®æi ®Õn(3¸5):(7¸5).
§Ó tæng hîp ®ång thêi ngêi ta sö dông hai ph¬ng ph¸p. Ph¬ng ph¸p thø nhÊt qu¸ tr×nh ®îc tiÕn hµnh trong th¸p sôc khÝ víi m«i trêng lµ etyl axetat ë 50¸700C vµ 0,4Mpa. Sù oxy ho¸ ®îc g©y ra bëi kh«ng khÝ (kh«ng ph¶i bëi oxy) víi xóc t¸c t¹o ra tõ axetat cña Cu vµ Co theo tû lÖ 10:1 hay 2:1. Dung m«i, axetaldehyt vµ dung dÞch chÊt xóc t¸c sÏ ®a liªn tôc vµo th¸p oxy ho¸, cßn kh«ng khÝ th× sôc qua hçn hîp ph¶n øng. H¬i tho¸t ra cïng víi kh«ng khÝ ®îc ngng tô trong thiÕt bÞ ngng tô håi lu, níc sÏ t¸ch ra cßn etyl axetat th× ®a trë vÒ th¸p, axetaldehyt dÔ bay h¬i sÏ ®îc hÊp thô b»ng níc tõ khÝ, sau ®ã t¸i sinh nã ë bé phËn chng t¸ch hçn hîp dung m«i víi níc vµ axetaldehyt cha ph¶n øng. Sau ®ã trong c¸c th¸p kh¸c sÏ tiÕp tôc chng t¸ch lÇn lît axit axetic, anhydric axetic, cßn dung dÞch xóc t¸c th× ®a trë l¹i giai ®o¹n oxy ho¸.
§Ó víi ph¬ng ph¸p thø hai, sù oxy ho¸ thùc hiÖn ë 55¸600C kh«ng dïng dung m«i l¹ ®Ó hoµ tan c¸c chÊt xóc t¸c (vÝ dô axetat ®ång vµ coban theo tû lÖ 3:1) víi t¸c nh©n oxy ho¸ lµ kh«ng khÝ thiÕu oxy (7¸9% thÓ tÝch oxy). Trong thiÕt bÞ ph¶n øng d¹ng th¸p cã chøa c¸c èng xo¾n lµm nguéi, ngêi ta ®a vµo hçn hîp kh«ng khÝ víi dßng khÝ tuÇn hoµn chøa h¬i axetaldehyt. Hçn hîp ph¶n øng gåm chñ yÕu lµ axit axetic, anhydric axetic cïng víi chÊt xóc t¸c hoµ tan trong nã. §Æc ®iÓm næi bËc cña ph¬ng ph¸p nµy lµ ®a vµo thiÕt bÞ ph¶n øng mét lîng lín khÝ qua c¬ cÊu ph©n phèi khÝ ®Æc biÖt nh»m t¹o ra kh¶ n¨ng khuÊy trén m¹nh chÊt láng. C¸c s¶n phÈm ®îc t¸ch ra (ë d¹ng khÝ) cïng víi khÝ bay lªn. Cßn dung dÞch chÊt xóc t¸c n»m l¹i trong thiÕt bÞ ph¶n øng vµ lµm viÖc trong chu kú sau, hÇu nh nã kh«ng bÞ mÊt ho¹t tÝnh.
S¬ ®å tæng hîp ®ång thêi axit axetic vµ anhydric axetic: [4](h×nh 6)
Kh«ng khÝ tinh khiÕt ban ®Çu ®îc nÐn trong m¸y nÐn kh«ng khÝ (1) díi ¸p suÊt lín h¬n ¸p suÊt khÝ quyÓn kh«ng nhiÒu vµ ®îc trén víi kh«ng khÝ håi lu cã chøa h¬i axetaldehyt. Hçn hîp võa thu nhËn [7 ¸ 9% (phÇn thÓ tÝch) oxy; 25 ¸ 30% (phÇn thÓ tÝch) axetaldehyt; 1% (phÇn thÓ tÝch) axit axetic, cßn l¹i lµ nit¬] sÏ cho vµo thiÕt bÞ ph¶n øng (2) qua m¹ng líi ph©n phèi vµ sôc qua dung dÞch chÊt xóc t¸c, sao ®ã nã léi theo h¬i cña c¸c s¶n phÈm. Hçn hîp khÝ h¬i ®îc lµm l¹nh tøc thêi b»ng níc trong thiÕt bÞ ngng tô (3) vµ håi lu. PhÇn ngng tô vÒ thiÕt bÞ ph¶n øng ®Ó trong ®ã c¸c chÊt ®îc duy tr× thêng xuyªn ë d¹ng láng. Sau ®ã tiÕn hµnh lµm nguéi tiÕp tôc trong thiÕt bÞ
ngng tô (4) vµ thiÕt bÞ b¶o hoµ (5), do axetaldehyt ®îc ®a vµo nªn nã ®îc ®un s«i, cßn c¸c s¶n phÈm th× ®îc ngng tô tõ khÝ.
Hçn hîp h¬i khÝ phÝa trªn thiÕt bÞ b·o hoµ (5) qua m¸y nÐn khÝ ®îc ®a trë vÒ trén víi kh«ng khÝ nguyªn liÖu vµ sau ®ã ®a vµo thiÕt bÞ ph¶n øng. TÊt nhiªn, phÇn khÝ d cã thÓ lo¹i bá khái hÖ thèng ®Ó kh«ng lµm lo·ng qu¸ møc hçn hîp ph¶n øng. KhÝ t¸ch ra nµy chøa lîng lín axetaldehyt ®îc röa trong th¸p läc khÝ (7) b»ng lîng nhá axit axetic (®Ó hÊp phô h¬i anhydric axtic) vµ sau ®ã röa trong th¸p hÊp thô (8) b»ng níc ®Ó thu toµn bé h¬i axetaldehyt. Tõ dung dÞch nhËn ®îc trong th¸p chng ph©n ®o¹n (10). Cïng víi thiÕt bÞ ngng tô håi lu níc muèi (11) sÏ t¸i sinh ®îc axetaldehyt vµ sau ®ã ®a trë vÒ thiÕt bÞ b·o hoµ (5) vµ thiÕt bÞ ph¶n øng. Kh«ng khÝ sau lµm viÖc sÏ ®a vÒ khÝ quyÓn qua th¸p hÊp thô (8).
PhÇn ngng tô sau thiÕt bÞ b·o hoµ (5) vµ thiÕt bÞ läc (7) sÏ ch¶y vµo bÓ chøa (12). S¶n phÈm th« nµy chøa 58 ¸ 60% (phÇn khèi lîng) alhydric axetic, 28 ¸ 30% (phÇn khèi lîng) axetic axetic, 9 ¸ 10% (phÇn khèi lîng) níc, 1 ¸ 1,2% (phÇn khèi lîng) etyliden axetat vµ mét lîng nhá axetaldehyt, formandehyt.
Do kh¶ n¨ng thuû ph©n alhydric axetic ( ®¨c biÖt ë nhiÖt ®é cao) trong ph¬ng ph¸p 1 nªn ngêi ta tiÕn hµnh chng ®¼ng phÝ níc cïng víi etyl axetat trong thiÕt bÞ (13) víi thiÕt bÞ ngng tô håi lu (14) vµ thiÕt bÞ ph©n ly (15). Sau ®ã tõ hçn hîp s¶n phÈm ë th¸p (16) sÏ t¸ch ®îc etyl axetat vµ ®a trë vÒ th¸p (13). Axit axetic vµ alhydric axetic nhËn ®îc ë d¹ng tinh khiÕt sau khi chng ph©n ®o¹n tiÕp tôc ( trªn s¬ ®å kh«ng biÓu diÔn). HiÖu suÊt s¶n phÈm ®¹t 95% theo lý thuyÕt.
IV.Ph¬ng ph¸p vi sinh:[5,6,7]
B¶n chÊt cña ph¬ng ph¸p nµy lµ oxy ho¸ rîu etylic b»ng oxy kh«ng khÝ nhê enzim cña vi sinh vËt axetobacter (cßn gäi lµ xóc t¸c sinh häc) lµm t¨ng tèc ®é ph¶n øng.
Cã 4 ph¬ng ph¸p lªn men rîu etylic thµnh axit axetic: Lªn mem chËm, lªn mem nhanh, lªn mem ch×m vµ lªn mem hçn hîp. Ph¬ng ph¸p lªn mem chËm lµ ph¬ng ph¸p cæ truyÒn hiÖn nay ®îc øng dông ®Ó lªn mem dÊm ¨n.
Qu¸ tr×nh lªn mem rîu etylic thµnh axit axxetic qua 2 giai ®o¹n díi t¸c dông cña enzim alcohol oxydaza trong vi khuÈn axetobacter vµ oxy kh«ng khÝ. Qu¸ tr×nh nµy thùc chÊt lµ qu¸ tr×nh oxy ho¸ liªn tiÕp etanol thµnh axetaldehyt råi thµnh axit axetic.
+ Giai ®o¹n 1: oxy ho¸ etanol thµnh axetaldehyt sau ®ã thµnh hydrat axetaldehyt.
+ Giai ®o¹n 2: oxy ho¸ hydrat axetaldehyt thµnh axit axetic.
Qu¸ tr×nh lªn men axit axetic lµ qua tr×nh hiÕu khÝ. V× vËy ph¶i ®¶m b¶o kh«ng khÝ tèt, ®ñ lîng oxy cÇn thiÕt ®Ó tr¸nh t¹o ph¶n øng phô. MÆt kh¸c, m«i trêng ph¶i ®ñ rîu (nång ®é rîu ph¶i b¶o ®¶m) ®Ó tr¸nh axit axetic bÞ oxy ho¸ hoµn toµn t¹o khÝ CO2 vµ H2O.
Tuú theo c¸c lo¹i vi sinh vËt ®îc dïng lµm xóc t¸c kh¸c nhau mµ nång ®é axit axetic ®¹t ®îc còng kh¸c nhau.
V. Ph¬ng ph¸p ho¸ häc gç: [3,6]
Khi nhiÖt ph©n gç ngêi ta thu ®îc mét hçn hîp láng vµ h¾c Ýn l¾ng xuèng. Hçn hîp nµy lµ dung dÞch cña nhiÒu hîp chÊt trong ®ã chñ yÕu lµ axit axetic, rîu metylic, metyl axetat, axeton vµ mét phÇn h¾c Ýn hoµ tan do sù cã mËt cña axit axetic vµ mét sè chÊt kh¸c. Thµnh phÇn cña hçn hîp chÊt láng nµy phô thuéc vµo gièng, chÊt lîng vµ ®é Èm cña gç.
Nãi chung ph¬ng ph¸p s¶n xuÊt axit axxetic b»ng ph¬ng ph¸p nhiÖt ph©n gç cho hiÖu suÊt s¶n phÈm kh«ng cao, ®é tinh khiÕt thÊp.
VI. C¸c ph¬ng ph¸p tæng hîp kh¸c:[1,2,3,5,6,7,8]
Ngoµi c¸c ph¬ng ph¸p s¶n xuÊt axit axetic nªu trªn th× c¸c nhµ khoa häc cßn ®a ra mét sè ph¬ng ph¸p kh¸c nh: ph¬ng ph¸p oxy ho¸ sec-butyl axetat trong pha láng, oxy ho¸ etylen trong pha h¬i vµ oxy ho¸ trong pha khÝ c¸c hydrocacbon no mµ chñ yÕu lµ n-butan. Tuy nhiªn, c¸c ph¬ng ph¸p trªn ®Òu míi chØ dõng l¹i ë nghiªn cøu mµ cha ®a ra ®îc c«ng nghÖ vµo s¶n xuÊt.
VII. So s¸nh c¸c ph¬ng ph¸p s¶n xuÊt axit axetic:
Nãi chung c¸c ph¬ng ph¸p s¶n xuÊt axit axetic nãi trªn th× mçi ph¬ng ph¸p cã u nhîc ®iÓm riªng mµ dùa vµo ®ã c¸c nhµ c«ng nghÖ sÏ lùa chän ph¬ng ph¸p tèt nhÊt phï hîp víi yªu cÇu cña m×nh.
§Ó so s¸nh c¸c ph¬ng ph¸p, ta xÐt vÒ mÆt hiÖu qña cña qu¸ tr×nh vµ ®Æc biÖt lµ gi¸ thµnh s¶n phÈm.
§èi víi ph¬ng ph¸p s¶n xuÊt ®i tõ axetaldehyt. HiÖu suÊt qu¸ tr×nh rÊt cao thêng ®¹t 95-98%. Tuy nhiªn ph¬ng ph¸p nµy cã nhîc ®iÓm lµ gi¸ thµnh s¶n phÈm qu¸ cao do sö dông nguån nguyªn liÖu ®¾t tiÒn. §Æc biÖt khi sö dông axetaldehyt tõ qu¸ tr×nh oxy ho¸ axetylen th× gi¸ thµnh cµng cao. H¬n n÷a do axetylen lµ chÊt ho¸ häc hiÕm, kh«ng cã trong tù nhiªn mµ ph¶i qua tæng hîp. Xu híng hiÖn nay ngêi ta kh«ng dïng axetylen mµ sö dông etylen ®Ó tæng hîp axetaldehyt do etylen lµ chÊt cã s½n trong khÝ dÇu má vµ khÝ thiªn nhiªn. Do ®ã nã lµm gi¶m rÊt nhiÒu gi¸ thµnh s¶n phÈm.
Ph¬ng ph¸p oxy ho¸ cã ®iÒu chØnh parafin thÊp (butan vµ ®ång ®¼ng). Ph¬ng ph¸p nµy cho hiÖu qu¶ kinh tÕ cao v× sö dông chÊt s½n cã, rÎ tiÒn. Gi¸ thµnh cña axit axetic nhËn ®îc tõ oxy ho¸ butan thÊp h¬n kho¶ng 30% so víi s¶n xuÊt tõ axetaldehyt. HiÖu suÊt s¶n phÈm t¬ng ®èi cao.
Ph¬ng ph¸p s¶n xuÊt ®i tõ metanol vµ CO còng lµ mét ph¬ng ph¸p kinh tÕ vµ míi h¬n c¶ do cã thÓ tæng hîp metanol tõ dÇu má vµ than ®¸ lµ nh÷ng nguån tµi nguyªn kh¸ dåi dµo.
Ph¬ng ph¸p oxy ho¸ n-butan th× hay dïng h¬n ph¬ng ph¸p oxy ho¸ naphta do khi oxy ho¸ naphta cã nhiÒu s¶n phÈm phô nªn tèn kÐm cho viÖc xö lý, tinh chÕ s¶n phÈm axit axetic.
Tuy nhiªn, ph¬ng ph¸p tæng hîp axit axetic tõ oxy ho¸ axetaldehyt vÉn lµ ph¬ng ph¸p tèi u. §Æc biÖt lµ ë ph¬ng ph¸p nµy cã thÓ ®iÒu chÕ chung axit axetic vµ alhydric axetic.
Ch¬ng III:
S¶N XUÊT AXIT AXETIC B»NG PH¦¥NG PH¸P OXY HO¸ AXETALDEHYT TRONG PHA LáNG Cã XóC T¸C
I. Nguyªn liÖu:
I.1. Tính chaát vaät lí:[1,2,3,4,6,7]
Axetaldehyt coù coâng thöùc phaân töû laø C2H4O hay CH3CHO viÕt t¾t lµ AcH hay MeCHO, khoái löôïng phaân töû laø 44,054. Laø moät chaát loûng khoâng maøu, linh ñoäng, deã bay hôi, coù muøi cay, g©y ng¹t thôû, töông ñoái ñoäc, khi pha loaõng moät löôïng nhoû thì coù muøi traùi caây.
Axetaldehyt tan hoaøn toaøn trong nöôùc vaø haàu heát caùc dung moâi höõu cô. Noù coù theå taïo hoãn hôïp ñaúng phí vôùi nöôùc, etanol, axeton, metanol, axit axetic vaø benzen.
Moät soá tính chaát vaät lí cô baûn cuûa axetaldehyt nhö sau:
Nhieät ñoä soâi taïi 101,3 kPa : 20,16oC.
Ñieåm noùng chaûy ôû 101,3 kPa laø : – 123,5oC.
AÙp suaát tôùi haïn : 6,44 MPa.
Nhieät ñoâï tôùi haïn : 181,5oC hoaëc 187,8oC .
Tyû troïng töông ñoái : Dt 4 =0,8045 – 0,001301.
Tyû troïng pha hôi so vôùi khoâng khí : 1,52.
Söùc caêng beà maët taïi caùc nhieät ñoä khaùc nhau vaø tyû troïng:
Nhieät ñoä, 0C
Dt4
Söùc caêng beà maët
0,1
0,8090
23,9
20
0,7833
21,2
50
0,74099
17,0
- Haèng soá ñieän moâi:
+ Trong pha loûng ôû 100C laø 21,8.
+ Trong pha loûng hôi ôû 20,160C, 101,3Kpa laø 1,0216.
- aùp suaát hôi cuûa axetaldehyt trong pha hôi:
Nhieät ñoä, 0C
aùp suaát hôi, mmHg
Nhieät ñoä, 0C
aùp suaát hôi, at
-97
3
20,8
1
-48
33
44,8
2
-23
103
58,3
3
0
337
68,0
4
10
503,4
75,7
5
27,55
1000
- aùp suaát hôi cuûa dung dòch axetaldehyt :
Nhieät ñoä, 0C
% mol
aùp suaát rieâng phaàn, mmHg
Nhieät ñoä, 0C
% mol
aùp suaát rieâng phaàn, mmHg
10
4,5
74,5
20
5,4
125,2
10
10,5
139,8
20
12,8
295,2
10
46,4
363,4
20
21,8
432,6
Theå tích phaân töû trong pha khí :
+ ôû 101,3 kPa vaø 20,16 oC laø : 23,4 l/mol
+ ôû 101,3 kPa vaø 250 oC laø : 23,84 l/mol
Theå tích rieâng pha hôi :
+ taïi 20,16oC thì : V=0,541 m3/kg
+ taïi 25oC thì : V=0,531m3/kg
- Ñoä nhôùt pha loûng taïi:
+ Nhieät ñoä 9,50C ñoä nhôùt laø : 0,253 mpa.s
+ Nhieät ñoä 200C ñoä nhôùt laø : 0,21 mpa.s
- Ñoä nhôùt pha hôi taïi : 250C laø 86.10-4 mpa.s
- Momen löôõng cöïc trong pha khí : 2,69± 2% D
- Tyû soá CP/CV taïi 300C vaø 101,3 Kpa laø: 1,145
- Nhieät dung pha loûng Cp taïi :
+ taïi 0oC thì Cp=2,18 j/g.K
+ taïi 20oC thì Cp=1,38 j/g.K
- Nhieät dung pha hôi Cp :
+ taïi 25oC , aùp suaát 101,3 Kpa thì : Cp=1,24 j/g.K
+ taïi 0oC, aùp suaát 101,3 Kpa thì : Cp=1,17 j/g.K
+ taïi 1000oC, aùp suaát 101,3 Kpa thì : Cp=2,64 j/g.K
- Ñoä daãn nhieät:
+ Pha loûng taïi 200C laø : 0,174 j/m.s.K
+ Pha hôi taïi 250C laø : 0,174 j/m.s.K
- Heä soá giaûn nôû theå tích K (0¸200C) laø : 0,00169.
Nhieät hoaø tan : 17906 J/ml.
Haèng soá ñoát chaùy trong pha loûng p=1168,79 KJ/mol.
AÅn nhieät noùng chaûy :3246,3 J/ml.
AÅn nhieät hoaù hôi taïi 20,2 oC:25,73KJ/mol hoaëc 27,2KJ/mol ; 30,41KJ/mol.
Nhieät sinh nguyeân töû cuûa pha khí taïi 250C: DH=-166,4 KJ/mol.
Axetaldehyt taïo vôùi khoâng khí hoãn hôïp noå trong giôùi haïn noàng ñoä töø 4 ¸ 57 % V.
Naêng löôïng töï do Giss (DG) töø caùc nguyeân toá ôû 250C laø : DG =-133,82 Kj/mol.
Entropy ôû traïng thaùi khí taïi 250C laø DS=265,9 J/mol.K.
Entropy ôû traïng thaùi loûng taïi 20,160C laø DS=91,57 J/mol.K.
Theá ion hoaù thöù nhaát laø : 10,5 eV.
Haèng soá phaân ly taïi 00C laø: 0,7.10-4 mol/l.
CH3CHO Û H+ + CH2--CHO.
Axetaldehyt hoaø tan hoaøn toaøn trong nöôùc vaø haàu heát caùc dung moâi höõu cô . Noù khoâng taïo hoãn hôïp ñaúng phí vôùi nöôùc, metanol, etanol, axeton, axit axetic, hoaëc benzen. Nhöng taïo hoãn hôïp ñaúng phí vôùi hai phaân töû butan ôû – 7oC vaø dietylen ôû 18,9 oC.
I.2. Tính chaát hoaù hoïc : [1,3,5,6,7,8]
Axetaldehyt laø moät hôïp chaát coù khaû naêng phaûn öùng cao, tham gia taát caû caùc phaûn öùng hoaù hoïc ñieån hình cuûa nhoùm chöùc – CHO nhö laø chaát coù chöùa nhoùm alkyl trong ñoù nguyeân töû hidro ®îc kích hoaït bôûi nhoùm cacbonyl ôû vò trí a .
I.2.1. Phaûn öùng phaân huyû:
Khi ñun noùng ôû nhieät ñoä treân 420oC axetaldehyt bò phaân huyû thaønh CH4 vaø CO theo phaûn öùng:
CH3 CHO CH4 + CO
I.2.2. Phaûn öùng coäng:
I.2.2.1. Coäng nöôùc:
Axetaldehyt coäng vôùi nöôùc taïo thaønh hôïp chaát hydrat khoâng beàn, caùc hydrat vaãn chæ ñöôïc bieát ñeán nhö laø nöôùc clo cuûa axetalehyt beàn CCl3CH(OH)2.
I.2.2.2. Phaûn öùng coäng vôùi ancol:
OH
CO(C2H5)
CH3CHO + 2C2H5OH ® CH3 – CH + H2O
Phaûn öùng coäng giöõa Axetaldehyt vaø röôïu vôùi söï coù maët cuûa axit t¹o thµnh hôïp chaát hemiaxetan, laø hôïp chaát coù chöùa nhoùm = C(OH) –(OR) vaø H2O :
Axetaldehyt coäng vôùi dung dòch etylenglycol cho axetal ôû daïnh voøng.
Ví duï:
O CH2
CH3CHO + HO-CH2-CH2-OH ® CH3 CH + H2O
O CH2
Ngoaøi ra phaûn öùng trong pha hôi khoâng coù xuùc taùc ôû 3500C cuûa axetadehyt vaø ancol ñaõ taïo axetal hay etanol vôùi axetaldehyt taïo ra butadien, phaûn öùng naøy ôû nhieät ñoä lôùn hôn 3000C xuùc taùc Ti-Silicat.
CH3CHO + CH3CH2OH Û CH2=CH-CH=CH2 + H2O.
Andol (CH3CH(OH)CH2CHO) vaø critaldehyt ñöôïc taïo thaønh do phaûn öùng cuûa axetaldehyt vaø 1-butanol trong söï coù maët cuûa xuùc taùc laø axit voâ cô taïo ra 1,1-bisetan (CH3CH(C6H4OH)2), neáu coù xuùc taùc laø axit th× axetaldehyt seõ taùc duïng vôùi 3 mol phenol vaø taïo thaønh nhöïa.
I.2.2.3. Coäng vôùi hôïp chaát Natribisunfit (NaHSO3):
Axetaldehyt taùc duïng vôùi dung dòch NaHSO3 taïo saûn phaåm daïng tinh theå trong suoát vaø axetaldehyt cuõng coù theå taùch ra töø tinh theå naøy :
O
NaSO3
CH3C- H + NaHSO3 ® CH3CH – OH
I.2.2.4. Coäng vôùi hôïp chaát amin vaø amoniac:
Axetaldehyt deã daøng phaûn öùng coäng vôùi amoniac trong pha hôi hoaëc trong dung dòch taïo thaønh tinh theå aldehyt- amonia hay CH3CH(OH)NH2.
CH3CHO + NH3 ® CH3CH(OH)NH2
Phaûn öùng coäng naøy ñaàu tieân coù theå taïo ra CH3CH(OH)NH2 nhöng trong khi cho axetaldehyt coäng vôùi dung dòch amoniac hoaëc dung dòch amoniac trong röôïu etylic (C2H5OH) ôû ñieàu kieän laø trong noài haáp ôû nhieät ñoä 50¸750C, aùp suaát 12 atm, thôøi gian phaûn öùng laø 2 giôø, xuùc taùc Ni-H2. Sau phaûn öùng thu ñöôïc 50% dietylamin (CH3CH2)2NH .
2CH3CHO + NH3 ® (CH3CH2)2NH .
Axetaldehyt anilin (C6H5NH2) taïo neân CH3-CH=N-C6H5 theo phaûn öùng:
CH3CHO + C6H5NH2 ® CH3-CH=N-C6H5 + H2O .
Hôïp chaát CH3-CH=N-C6H5 coù theå thöïc hieän quaù trình polyme hoaù ñeå taïo cao su.
Vôùi hydroxylamin (NH2OH) thì axetaldehyt cuõng phaûn öùng coäng taïo daïng andoxim (CH3-CH=N-OH).
CH3CHO + NH2OH ® CH3-CH=N-OH + H2O .
Ngoaøi ra axetaldehyt coøn phaûn öùng vôùi xianhydric (HCN) taïo thaønh lactonitrin (CH3CHOHCN):
CH3CHO + HCN ® CH3CHOHCN
I.2.2.5. Coäng vôùi aldehyt vaø xeton:
Hai phaân töû axetaldehyt keát hôïp vôùi nhau vôùi söï coù maët cuûa xuùc taùc baz¬ hoaëc axit loaõng ôû nhieät ñoä phoøng hoaëc nung noùng nheï taïo thaønh Acetadol (CH3CH(OH) CH2CHO):
CH3CHO + CH3CHO ® CH3CH(OH) CH2CHO (1)
Axetaldehyt coäng vôùi formandehyt theo phöông trình:
CH3CHO + 3HCHO ® 2CH3CH(OH) CH2CHO (2)
Phaûn öùng (2) ñöôïc nghieân cöùu bôûi Canizaro vôùi xuùc taùc laø NaOH hoaëc Ca(OH)2, saûn phaåm trung gian laø penteranythrose (HOCH2)3CCHO, sau ñoù taïo vôùi HCHO thaønh pentacrythol (CH2OH)4C. Ñaây laø phaûn öùng quan troïng trong coâng nghieäp saûn xuaát pentacrythol.
Phaûn öùng (1) neáu thöïc hieän ôû nhieät ñoä cao hôn thì nöôùc seõ deã daøng taùch ra töø acetaldol taïo thaønh crotonaldehyt:
CH3CH(OH) CH2CHO ® C3H5CHO + H2O
Crotonaldehyt laø saûn phaåm trung gian ñeå saûn xuaát röôïu vaø quinaden. Neáu taêng nhieät ñoä cao hôn nöõa vaø trong ñieàu kieän nghieâm nghaët thì axetaldehyt seõ ngöng tuï thaønh nhöïa aldehyt (nhöïa toång hôïp), hieän nay nhöïa naøy khoâng coøn ñoùng vai troø quan troïng trong coâng nghieäp.
Ngoaøi ra, ureâ vaø axetaldehyt coøn ngöng tuï vôùi nhau trong söï coù maët cuûa H2SO4 taïo thaønh 6-metyl-4 ureâ dohexa hydro pyridin-2-on.
I.2.2.6. Coäng vôùi caùc hôïp chaát Halogen:
Caùc halogen coù khaû naêng thay theá nguyeân töû hydro cuûa nhoùm metyl.
CH3CHO + Br2 ® BrCH2CHO
Nguyeân töû clo coù khaû naêng phaûn öùng vôùi axetaldehyt ôû nhieät ñoä phoøng taïo ra Clo-axetaldehyt, neáu taêng nhieät ñoä leân 70¸800C taïo ra Diclo-axetaldehyt, neáu taêng nhieät ñoä leân 90 0C thì taïo ra Triclo-acetaldehyd (cloran)
Cl CH2CHO
CH3CHO + Cl2 Cl2 CHCHO
Cl3 CCHO
I.2.3. Phaûn öùng oxy hoaù:
Phaàn lôùn axetaldehyt saûn xuaát ra ñöôïc duøng cho quaù trình saûn xuaát axit axetic baèng phöông phaùp oxy hoaù axetaldehyt vôùi oxy hoaëc khoâng khí:
CH3CHO + 0,5 O2 ® CH3COOH
Axetaldehyt laø chaát trung gian trong chuoãi phaûn öùng sau:
AncolAxetaldehyt Axit axetic
I.2.4. Phaûn öùng khöû:
Phaûn öùng khöû axetaldehyt taïo thaønh etanol xaûy ra nhö sau:
CH3CHO + H2 ® CH2 CH2 OH
Ngoaøi ra caùc mono, di, tri-etylamin cuõng coù theå ñöôïc taïo ra töø axetaldehyt khi cho noù taùc duïng vôùi amoniac vaø hydro vôùi söï coù maët cuûa xuùc taùc. Xuùc taùc duøng cho quaù trình naøy thöôøng laø Ni, nhieät ñoä laø 80¸180 0C, aùp suaát laø töø 0,2¸ 2 MPa hoaëc sunfit Niken – vonfram ôû nhieät ñoä 300¸320 0C, aùp suaát 20 MPa. Phaûn öùng x¶y ra theo cô cheá noái tieáp:
CH3CHO CH3CH2NH2 + H2O
CH3CH2 NH2 + H2 + CH3CHO CH3CH2)2NH + H2O
(CH3CH2)2NH + CH3CHO CH3CH2)3N + H2O
Saûn phaåm thu ñöôïc phuï thuoäc vaøo tæ leä mol cuûa axetaldehyt vaø NH3 .
I.2.5. Phaûn öùng vôùi hôïp chaát cô Magie:
Axetaldehyt deã daøng phaûn öùng coäng vôùi caùc hôïp chaát cô Magie theo phaûn öùng._.it¬ : d = 100 mm.
§êng kÝnh èng dÉn s¶n phÈm axit axetic : d = 200 mm.
C¸c ®êng dÉn níc vµo vµ ra : d = 100 mm.
èng dÉn hçn hîp h¬i ë ®Ønh th¸p : d = 200 mm.
5. TÝnh ®¸y vµ n¾p thiÕt bÞ :
N¾p vµ ®¸y còng lµ nh÷ng bé phËn quan trong cña thiÕt bÞ vµ ®îc chÕ t¹o b»ng thÐp CT3. §¸y vµ n¾p ®îc ghÐp víi th©n b»ng c¸c bÝch, Chän ®¸y vµ n¾p b»ng thÐp vµ cã gê.
ChiÒu dµy S cña ®¸y vµ n¾p lµm viÖc chÞu ¸p suÊt trong ®îc tÝnh theo c«ng thøc:
(m). (5)
Trong ®ã :
hb : ChiÒu cao phÇn låi cña ®¸y, n¾p, xem b¶ng [B¶ng XIII-11]
Ta chän hb = 0,25.Dt = 1* 0,25 = 0,25 m.
jn : HÖ sè bÒn cña mèi hµn híng t©m(nÕu cã), xem b¶ng [B¶ng XIII-11]
Chän jn = 0,95.
K : HÖ sè kh«ng thø nguyªn, ®îc x¸c ®Þnh nh sau:
ë ®©y :
d : ®êng kÝnh lín nhÊt cña lç(hay ®êng kÝnh lín nhÊt cña lç kh«ng ph¶i h×nh trßn), cña lç kh«ng t¨ng cêng.
N¾p hµn tõ hai phÝa b»ng tay, hµn tõ hai n÷a tÊm víi [sk] = 146.106, N/m2 vµ [sc] = 160.106.
Víi ®¸y thiÕt bÞ : d = 0,2 m.
V× :
Nªn ®¹i lîng P ë mÉu sè cña c«ng thøc (5), ë trªn cã thÓ bá qua.
VËy chiÒu dµy cña n¾p ®îc tÝnh :
§¹i lîng, bæ xung C khi S – C =2,3.10-3 m<10 mm.Do ®ã ta t¨ng thªm 2 mm so víi gi¸ trÞ tÝnh ®îc ë th©n th¸p.
C = ( 2 + 1,8 ).10-3 = 3,8.10-3 mm
S = ( 3,8 + 2,3 ).10-3 = 6,1.10-3 m
Quy chuÈn, chiÒu dµy ®¸y thiÕt bÞ S = 8 mm.
KiÓm tra øng suÊt cña thµnh n¾p thiÕt bÞ theo ¸p suÊt thuû lùc theo c«ng thøc:
.
VËy chiÒu dµy cña ®¸y thiÕt bÞ lµ S = 8 mm.
ChiÒu cao gê : h = 25 mm.
Víi n¾p cña thiÕt bÞ : d = 0,2 m.
§¹i lîng bæ xung C khi S – C = 2,3.10-3 m < 10mm. Do ®ã ta t¨ng thªm 2 mm so víi gi¸ trÞ C tÝnh ®îc ë th©n th¸p.
C = ( 2 + 1,8 ).10-3 = 3,8.10-3 mm.
S = ( 3,8 + 2,3 ).10-3 = 6,1 mm.
Quy chuÈn chiÒu dµy n¾p thiÕt bÞ S = 10 mm.
KiÓm tra øng suÊt cña thµnh n¾p thiÕt bÞ theo ¸p suÊt thñy lùc theo c«ng thøc:
VËy chiªu dµy cña n¾p thiÕt bÞ lµ S = 10 mm.
ChiÒu cao gê : h = 25 mm.
PhÇn Iii
x©y dùng nhµ m¸y
Sù t¨ng trëng kinh tÕ cña mçi quèc gia phô thuéc vµo nhiÒu yÕu tè, trong ®ã cã sù ®ãng gãp ®Æc biÖt quan träng cña nÒn kinh tÕ c«ng nghiÖp vµ ®iÒu quan träng nhÊt vÉn lµ vÊn ®Ò x¸c ®Þnh ®Þa ®iÓm x©y dùng .
X¸c ®Þnh ®Þa ®iÓm x©y dùng hîp lý sÏ t¹o ®iÒu kiÖn tèt cho giai ®o¹n chuÈn bÞ ®Çu t, lµ c¬ së ph¸t triÓn s¶n xuÊt kinh doanh cña nhµ m¸y, vèn ®Çu t còng nh gi¸ thµnh s¶n phÈm cña nhµ m¸y tríc m¸y còng nh l©u dµi. VÞ trÝ cña nhµ m¸y sÏ quyÕt ®Þnh ®Õn sù ¶nh hëng trùc tiÕp ®Õn m«i trêng .
Trong tõng giai ®o¹n phÊt triÓn, nhµ níc còng cã c¸c ®Þnh híng quy ho¹ch cã tÇm chiÕn lîc phï hîp víi sù phÊt triÓn cña thùc tiÔn kh¸ch quan, thÓ chÕ kinh tÕ, chñ tr¬ng ®êng lèi kinh tÕ.
V× vËy, viÖc x¸c ®Þnh ®Þa ®iÓm x©y dùng nhµ m¸y lµ vÊn ®Ò then chèt ®Ó tho¶ m·n chñ tr¬ng ®êng lèi cña nhµ níc nh»m tån t¹i vµ phÊt triÓn tríc m¾t còng nh l©u dµi.
I. C¸c yªu cÇu chung lùa chän ®Þa ®iÓm x©y dùng:
I.1. VÒ quy ho¹ch:
§Þa ®iÓm x©y dùng ®îc lùa chän ph¶i phï hîp víi quy ho¹ch l·nh thæ, quy ho¹ch vïng, côm kinh tÕ c«ng nghiÖp ®· ®îc c¸c cÊp chÝnh quyÒn phª duyÖt. T¹o ®iÒu kiÖn ph¸t huy tèi ®a c«ng suÊt nhµ m¸y vµ kh¶ n¨ng hîp t¸c s¶n xuÊt cña nhµ m¸y víi c¸c nhµ m¸y l©n cËn.
I.2. VÒ ®iÒu kiÖn tæ chøc s¶n xuÊt :
§iÓm x©y dùng s¶n xuÊt ph¶i phï hîp víi c¸c ®iÒu kiÖn nh: GÇn víi nguån cung cÊp nguyªn liÖu cho s¶n xuÊt vµ gÇn n¬i tiªu thô s¶n phÈm nhµ m¸y. GÇn c¸c nguån cung cÊp n¨ng lîng, nhiªn liÖu nh ®iÖn, khÝ, níc, h¬i, than dÇu,... Nh vËy sÏ h¹n chÕ tèi ®a cho chi phÝ vËn chuyÓn, h¹ gi¸ thµnh s¶n phÈm gãp phÇn thóc ®Èy sù ph¸t triÓn cña nhµ m¸y.
I.3. VÒ ®iÒu kiÖn h¹ tÇng kü thuËt :
§Þa ®iÓm x©y dùng ph¶i ®¶m b¶o ®îc ho¹t ®éng liªn tôc cña nhµ m¸y do vËy cÇn ph¶i chó ý ®Õn c¸c yÕu tè nh :
+ Phï hîp vµ tËn dông tèi ta hÖ thèng giao th«ng quèc gia bao gåm : ®êng bé, ®êng s¾t, ®êng s«ng, ®êng biÓn vµ kÓ c¶ ®êng hµng kh«ng.
+ Phï hîp tËn dông tèi ®a m¹ng líi cung cÊp ®iÖn , th«ng tin liªn l¹c vµ c¸c m¹ng líi kü thuËt kh¸c.
NÕu xÐt ë ®Þa ®iÓm mµ ®Þa ph¬ng cha cã s½n c¸c ®iÒu kiÖn h¹ tÇng kü thuËt trªn th× ph¶i xÐt ®Õn kh¶ n¨ng x©y dùng cña nã tríc m¾t còng nh trong t¬ng lai. NhiÒu nhµ m¸y xÐt vÒ riªng khèi lîng vËn chuyÓn cã thÓ chiÕm tíi 40-60% gi¸ thµnh cña s¶n phÈm.
I.4. §iÒu kiÖn vËn hµnh nhµ m¸y :
§Þa ®iÓm x©y dùng ®îc chän cÇn chó ý ®Õn c¸c ®iÒu kiÖn sau:
+ Kh¶ n¨ng cung cÊp vËt t, vËt liÖu x©y dùng. §Ó gi¶m gi¸ thµnh ®Çu t x©y dùng c¬ b¶n cña nhµ m¸y, h¹n chÕ tèi ®a lîng vËn chuyÓn vËt t x©y dùng tõ n¬i xa ®Õn.
+ Kh¶ n¨ng cung øng c«ng nh©n trong qu¸ tr×nh x©y dùng nhµ m¸y còng nh vËn hµnh nhµ m¸y sau nµy. Do vËy, trong qu¸ tr×nh thiÕt kÕ cÇn ph¶i chó ý sè c«ng nh©n cña nhµ m¸y, vµ kh¶ n¨ng cung cÊp c¸c nh©n c«ng cña vïng l©n cËn.
I.5. VÒ khu ®Êt x©y dùng:
I.5.1. VÒ mÆt ®i¹ h×nh:
Khu ®Êt ph¶i cã kÝch thíc, h×nh d¹ng thuËn lîi cho viÖc x©y dùng tríc m¾t còng nh viÖc më réng trong t¬ng lai. KÝch thíc, h×nh d¹ng vµ quy m« diÖn tÝch khu ®Êt nÕu kh«ng hîp lý sÏ g©y khã kh¨n trong qu¸ tr×nh thiÕt kÕ bè trÝ d©y chuyÒn c«ng nghÖ, còng nh bè trÝ c¸c h¹n môc c«ng tr×nh trªn bÒ mÆt khu ®Êt ®ã. Do ®ã, khu ®Êt ®îc lùa chän cÇn ph¶i ®¸p øng nhu cÇu nh: Khu ®Êt ph¶i cao r¸o tr¸nh ngËp lôt trong th¬i gian mïa ma lò, cã mùc níc ngÇm thÊp t¹o ®iÒu kiÖn cho viÖc tho¸t níc th¶i tèt vµ níc bÒ mÆt mét c¸ch dÔ dµng. Khu ®Êt ph¶i t¬ng ®èi b»ng ph¼ng vµ cã ®é dèc tù nhiªn tèt nhÊt lµ 0,5 ¸ 1% ®Ó h¹n chÕ tèi ®a cho viÖc san lÊp mÆt b»ng.
I.5.2. VÒ ®Þa chÊt :
Khu ®Êt lùa chän cÇn ph¶i chó ý c¸c yªu cÇu sau:
+ Kh«ng ®îc n»m trªn c¸c vïng má kho¸ng s¶n, hoÆc ®Þa chÊt kh«ng æn ®Þnh.
+ Cêng ®é khu ®Êt x©y dùng lµ : 1,5-2,5 Kg/cm2. Do ®ã nªn x©y dùng trªn nÒn ®Êt sÐt, sÐt pha c¸t, ®Êt ®åi, ®Êt ®¸ ong,... ®Ó gi¶m tèi ®a chi phÝ gia cè nÒn mãng cña c¸c h¹ng môc c«ng tr×nh nhÊt lµ c¸c h¹ng môc c«ng tr×nh cã t¶i träng b¶n th©n vµ t¶i träng ®éng lín.
I.6. VÒ m«i trêng vµ vÖ sinh c«ng nghiÖp:
§Þa ®iÓm x©y dùng ®îc chän cÇn xÐt ®Õn mèi quan hÖ mËt thiÕt gi÷a khu d©n c ®« thÞ vµ khu c«ng nghiÖp. §iÒu ®ã lµ kh«ng tr¸nh khái lµ trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt cña nhµ m¸y thêng th¶i ra chÊt ®éc.V× vËy, ®Ó h¹n chÕ tèi ®a ¶nh hëng cña m«i trêng c«ng nghiÖp tíi khu d©n c th× ®Þa ®iÓm x©y dùng ph¶i ë cuèi híng giã chñ ®¹o, xa d©n c vµ ë vïng h¹ lu cña s«ng vµ c¸ch bÕn dïng níc cña d©n trªn 500m. Tuy nhiªn trong thùc tÕ rÊt khã kh¨n khi lùa chän ®îc ®Þa ®iÓm tho¶ m·n c¸c yªu cÇu trªn, do vËy c¸c chuyªn gia cÇn ph¶i nguyªn cøu c©n nh¾c chän ®Þa ®iÓm hîp lý vµ tèi u.
I.7. VÒ tæng mÆt b»ng nhµ m¸y :
+ Trªn khu ®Êt x©y dùng nhµ m¸y ph¶i ®îc ph©n c¸c khu vùc chøc n¨ng theo ®Æc ®iÓm s¶n xuÊt, yªu cÇu vÖ sinh, ®Æc ®iÓm sù cè, khèi lîng ph¬ng tiÖn vËn chuyÔn, mËt ®é c«ng nh©n,...t¹o ®iÒu kiÖn tèt cho viÖc qu¶n lý, vËn hµnh cña c¸c khu. §Ó cã ph¬ng ¸n tèi u khi thiÕt kÕ quy ho¹ch tæng mÆt b»ng nhµ m¸y c«ng nghiÖp cÇn tho¶ m·n c¸c yªu cÇu cô thÓ sau:
+ Gi¶i ph¸p thiÕt kÕ tæng mÆt b»ng nhµ m¸y yªu cÇu ph¶i ®¸p øng ®îc møc cao nhÊt d©y chuyÒn c«ng nghÖ sao cho chiÒu dµi d©y chuyÒn s¶n xuÊt ng¾n nhÊt, kh«ng trïng lÆp lén xén, h¹n chÕ tèi ®a sù giao nhau. B¶o ®¶m mèi liªn hÖ mËt thiÕt gi÷a c¸c h¹n môc c«ng tr×nh víi hÖ thèng giao th«ng, c¸c m¹ng líi cung cÊp kü thuËt kh¸c bªn trong vµ bªn ngoµi nhµ m¸y.
+ Trªn diÖn tÝch khu ®Êt x©y dùng ®îc tÝnh tho¶ m·n mäi yªu cÇu ®ßi hái cña d©y chuyÒn c«ng nghÖ trªn c¬ së bè trÝ hîp lý c¸c h¹ng môc c«ng tr×nh, t¨ng cêng vËn dông c¸c kh¶ n¨ng hîp khèi n©ng tÇng sö dông tèi ®a c¸c diÖn tÝch kh«ng x©y dùng ®Ó trång c©y xanh tæ chøc m«i trêng c«ng nghiÖp vµ ®Þnh híng ph¸t triÓn nhµ m¸y trong t¬ng lai.
+ Tæ chøc hÖ thèng giao th«ng vËn chuyÓn hîp lý phï hîp ví d©y chuyÒn c«ng nghÖ, ®Æt tÝnh hµng ho¸ ®¸p øng mäi yªu cÇu s¶n xuÊt vµ qu¶n lý, luång ngêi luång hµng ph¶i ng¾t nhÊt kh«ng trïng lÆp, kh«ng c¾t nhau. Ngoµi ra cßn ph¶i chó ý khai th¸c phï hîp víi m¹ng lãi giao th«ng quèc gia còng nh c¸c nhµ m¸y l©n cËn.
+ §¶m b¶o yªu cÇu vÖ sinh c«ng nghiÖp, phßng chèng ch¸y næ vµ an toµn lao ®éng. ThiÕt bÞ ®ñ diÖn tÝch thao t¸c l¾p r¸p nhanh, b¶o dìng.
II. Nhµ m¸y s¶n xuÊt axit axetic tõ axetaldehyt:
II.1 §Þa ®iÓm x©y dùng :
Nh ®· nªu ë trªn ®Ó chän ®Þa ®iÓm x©y dùng nhµ m¸y hîp lý cÇn ph¶i c¨n cø vµo c¸c yªu cÇu trªn. Nhng trong thùc tÕ th× rÊt khã kh¨n khi lùa chän ®îc ®Þa ®iÓm tho¶ m·n c¸c yªu cÇu ®ã. Do vËy sau khi ®· nghiªn cøu c©n nh¾c kü lìng c¸c yªu cÇu, u tiªn ®Æc ®iÓm s¶n xuÊt riªng cña nhµ m¸y em quyÕt ®Þnh chän ®Þa ®iÓm x©y dùng nhµ m¸y s¶n xuÊt axic axtic t¹i khu c«ng nghiÖp Dung QuÊt – Qu¶ng Ng·i. §Þa ®iÓm nµy cã nhiÒu yÕu tè thuËn lîi cho viÖc x©y dùng nhµ m¸y nh:
M¹ng líi giao th«ng: ®êng s¾t, ®êng bé, ®êng thñy
VËt liÖu, vËt t x©y dùng lÊy ngay trong néi tØnh.
Nguån nh©n c«ng dåi dµo .
§©y lµ yÕu tè quan träng trong qu¸ tr×nh ®Èy m¹nh x©y dùng nhµ m¸y còng nh viÖc vËn hµnh nhµ mµy sau nµy.
MÆt kh¸c : KÝch thíc vµ h×nh d¹ng cña khu ®Êt còng rÊt thuËn lîi cho viÖc x©y dùng nhµ m¸y. V× gÇn biÓn vµ nhµ m¸y läc dÇu sè I nªn kh¸ thuËn lîi cho viÖc vËn chuyÔn s¶n phÈm vµ nguyªn liÖu.
II.2. §Æc ®iÓm s¶n xuÊt :
+ Nguyªn liÖu ®Çu:
Gåm axetaldehyt, xóc t¸c láng axtat mangan vµ c¸c t¹p chÊt kh¸c.
+ C¸c s¶n phÈm cña nhµ m¸y :
Axit axetic lµ s¶n phÈm chÝnh cña nhµ m¸y, ngoµi ra cßn cã c¸c s¶n phÈm phô kh¸c chiÕm rÊt nhá.
+ §Æt ®iÓm s¶n xuÊt cña nhµ m¸y :
Nhµ m¸y s¶n xuÊt axit axetic chiÕm mét diÖn tÝch t¬ng ®èi lín trong ®ã bao gåm liªn hîp c¸c ph©n xëng cã mèi liªn hÖ chÆt chÏ víi nhau. S¶n phÈm cña ph©n xëng nµy lµ nguyªn liÖu cña ph©n xëng kia, v× vËy ®ßi hái c¸c ph©n xëng ph¶i ph©n bè mét c¸ch hîp lý víi mèi quan hÖ cña chóng. S¶n phÈm cña mét sè qu¸ tr×nh dÔ ch¸y næ do ®ã cÇ ph¶i ®¶m b¶o an toµn chèng ch¸y næ cho c¸c ph©n xëng vµ cho toµn nhµ m¸y.
Víi tÝnh chÊt cña mét nhµ m¸y ho¸ chÊt do vËy vÊn ®Ò tr¸nh ®éc h¹i cho ngêi còng nh kh«ng g©y ra « nhiÔm m«i trêng cÇn ph¶i chó ý:
Gi÷a c¸c ph©n xëng ph¶i cã kho¶ng c¸ch ®¶m b¶o an toµn vµ thuËn tiÖn cho qu¸ tr×ng lu th«ng dßng xe vµ dßng ngêi, ®ång thêi lu th«ng gi÷a nguyªn liÖu vµ s¶n phÈm , c¸c ho¸ chÊt phô trî còng nh xóc t¸c vµ c¸c thiÕt bÞ ph¬ng tiÖn kh¸c.
II.3. ThiÕt kÕ tæng mÆt b»ng nhµ m¸y:
* Nguyªn t¾c ph©n vïng:
Trong khu vùc x©y dùng nhµ m¸y, c¸c c«ng tr×nh x©y dùng theo nguyªn t¾c ph©n vïng, ®¶m b¶o yªu cÇu hîp lý ho¸ vµ ®¶m b¶o mü quan, c©n ®èi trong nhµ m¸y vµ l©n cËn, dÔ qu¶n lý, dÔ më réng, phï hîp víi ®Æt ®iÓm cña khu dÊt x©y dùng.
§Þa ®iÓm x©y xùng cã híng giã chñ ®¹o lµ híng T©y - Nam. Do ®ã, c¸c c«ng tr×nh x©y dùng tõ chÝnh ®Õn phô còng ®îc x©y dùng theo híng Nam -B¾c vµ trung t©m lµ khu vùc s¶n xuÊt. C¸c c«ng tr×nh ph¶i ®¶m b¶o tÝnh liªn hÖ mËt thiÕt cña c¸c c«ng ®o¹n s¶n xuÊt tÝnh logÝc cña thiÕt bÞ, ®¶m b¶o kinh tÕ, ®¶m b¶o ®Ó ®êng ®i cña nguyªn c«ng lµ ng¾n nhÊt,...
II.3.1. Vïng phÝa 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 m¸y... §èi víi cã quy m« nhá vµ võa vµ cã møc ®é hîp phèi lín, vïng tríc nhµ m¸y hÇu nh ®îc dïng lµm b·i ®æ xe, cæng b¶o vÖ, vên hoa vµ c©y xanh. DiÖn tÝch vïng nµy tuú thuéc theo ®Æt ®iÓm s¶n xuÊt, quy m« nhµ m¸y, cã thÓ chiÕm kho¶ng 4 - 20% diÖn tÝch nhµ m¸y.
II.3.2 Vïng s¶n xuÊt:
Lµ n¬i bè trÝ c¸c c«ng tr×nh cña nhµ m¸y c¸c ph©n xëng s¶n xuÊt chÝnh, phô s¶n xuÊt phô trî. Tuú theo ®Æt diÓm s¶n xuÊt vµ quy m« nhµ m¸y diÖn tÝch vïng nµy thêng chiÕm kho¶ng 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 ®Æc ®iÓm sau:
+ Khu ®Êt ®îc u tiªn vÒ ®iÒu kiÖn ®Þa h×nh, ®Þa chÊt còng nh híng.
+ Lµ vïng s¶n xuÊt chÝnh nªn gåm : C¸c ph©n xëng chøa thiÕt bÞ ph¶n øng, ph©n xëng r÷a khÝ, ph©n xëng tinh chÕ, chng cÊt lµm s¹ch vµ lµ n¬i cã nhiÒu c«ng nh©n lµm viÖc nªn bè trÝ gÇn phÝa cæng hoÆc gÇn phÝa trôc giao th«ng chÝnh cña nhµ m¸y, ®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 xÊu nh tiÕng ån lín, nhiÖt to¶ ra nhiÒu, lîng bôi nhiÒu hoÆc dÔ cã sù cè (dªc ch¸y, næ, rß rØ c¸c ho¸ chÊt bÊt lîi ) nªn ®Æt ë cuèi híng giã vµ tu©n thñ chÆt chÏ theo quy ®Þnh an toµn vÖ sinh c«ng nghiÖp.
II.3.3. Vïng c¸c c«ng tr×nh phô:
Lµ n¬i ®Æt c¸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 níc th¶i vµ c¸c c«ng tr×nh b¶o qu¶n kü thuËt kh¸c. Tuú theo møc ®é cña c«ng nghÖ yªu cÇu vïng nµy cã diÖn tÝch tõ 14 - 28% diÖn tÝch nhµ m¸y.
Khi bè trÝ c¸c c«ng tr×nh trªn cÇn chó ý c¸c ®Æc ®iÓm sau:
+ H¹n chÕ tèi ®a chiÒu dµi cña hÖ thèng cung cÊp kü thuËt b»ng c¸ch bè trÝ hîp lý gi÷a n¬i cung cÊp vµ n¬i tiªu thô n¨ng lîng.
+ TËn dông c¸c khu ®Êt kh«ng lîi vÒ híng giã hoÆc giao th«ng ®Ó bè trÝ c¸c c«ng tr×nh phô.
+ C¸c c«ng tr×nh cã nhiÒu bôi, khãi hoÆc chÊt th¶i bÊt lîi ®Òu ph¶i bè trÝ cuèi híng giã chñ ®¹o.
II.3.4. Vïng kho tµn vµ phôc vô giao th«ng:
Khu vùc nµy tuú thuéc theo ®Æc ®iÓm s¶n xuÊt cña nhµ m¸y vµ quy m« cña nhµ m¸y, vïng nµy thêng chiÕm tõ 23 -27% diÖn tÝch nhµ m¸y. Khi bè trÝ vïng nµy thêng chó ý nh÷ng ®Æt ®iÓm sau:
+ Cho phÐp bè trÝ c¸c c«ng tr×nh trªn vïng ®Êt kh«ng u tiªn vÒ híng, nhng ph¶i phï hîp víi nh÷ng n¬i tËp kÕt nguyªn liÖu vµ s¶n phÈm cña nhµ m¸y ®Ó dÔ dµng thuËn tiÖn cho viÖc xuÊt nhËp hµng cña nhµ m¸y.
+ Tuy nhiªn, trong nhiÒu trêng hîp do ®Æc ®iÓm vµ yªu cÇu cña d©y chuyÒn c«ng nghÖ hÖ thèng kho tµng cã thÓ bè trÝ g¾n trùc tiÕp víi bé phËn s¶n xuÊt.
III. C¸c h¹ng môc c«ng tr×nh:
Ngµy nay víi tÝnh chÊt hiÖn ®¹i vÒ thiÕt bÞ còng nh sù quan hÖ chÆt chÏ gi÷ c¸c ph©n xëng, cïng tÝnh chÊt ®éc h¹i kh¸c nhau gi÷ chóng mµ ta chän nguyªn t¾c bè trÝ hîp lý, ë ®©y ta ph©n bè theo nguyªn t¾c ph©n vïng.
Nhµ m¸y s¶n xuÊt axit axetic tõ axetaldehyt gåm mét sè ph©n xëng chÝnh n»m trong d©y chuyÒn s¶n xuÊt vµ mét sè ph©n xëng phô ®ång thêi nhiÒu khu phô trî. Ta ph©n bè b·i ®æ xe c¸c lo¹i, cæng b¶o vÖ, nhµ hµnh chÝnh, nhµ ¨n, nhµ nghÜ thay ca, ... tríc ngoµi cæng chÝnh cña nhµ m¸y.
C¸c c«ng tr×nh s¶n xuÊt chÝnh n»m trong d©y chuyÒn s¶n xuÊt chÝnh cña nhµ m¸y ®îc bè trÝ gi÷ c¸c nhµ m¸y vµ n»m trªn khu ®Êt kh« r¸o, kh«ng bÞ ngËp lôt, ®¶m b¶o tÝnh chÞu t¶i träng lín.
C¸c c«ng tr×nh nh b·i nguyªn liÖu, nhµ vÖ sinh, nhµ x÷ lý chÊt th¶i ®îc ®Æt phÝa sau gÇn trôc giao th«ng, cuèi híng giã chñ ®¹o vµ gÇn cæng phô cña nhµ m¸y, c©y xanh bån hoa c©y c¶nh, c«ng viªn ®îc ®Æt trªn trôc giao th«ng trong tõng ph©n xëng ®¶m b¶o tÝnh mü quan cña nhµ m¸y.
C¸c èng dÉn nguyªn liÖu vµ s¶n phÈm ®îc ®Æt däc theo ph©n xëng s¶n xuÊt, trªn trôc giao th«ng ®¶m b¶o sù vËn chuyÓn vµ kh«ng ¶nh hëng ®Õn sù vËn hµnh cña nhµ m¸y.
Mét phÇn hÖ thèng kho ®îc ®Æt trong ph©n xëng s¶n xuÊt.
Ngoµi ra cÇn bè trÝ diÖn tÝch dù phßng cho sù më réng cña nhµ m¸y trong t¬ng lai, nhng ph¶i ®¶m b¶o cho tÝnh quy ho¹ch chung. Kho¶ng c¸ch cña c¸c ph©n xëng, ®êng giao th«ng ph¶i ®ñ réng ®Ó khái ¶nh hëng ®Õn qu¸ tr×nh s¶n xuÊt.
T¹i c¸c ph©n xëng cÇn ph¶i thiÕt kÕ phßng ngñ thay ca ®Ó qu¸ tr×nh lµm viÖc cña c«ng nh©n viªn ®îc liªn tôc vµ tèt.
B¶ng 10: C¸c h¹ng môc c«ng tr×nh cña ph©n xëng:
TT
Tªn c«ng tr×nh
KÝch thíc
ChiÒu dµi,m
ChiÒu cao,m
DiÖn tÝch,m2
sl
1
Phßng b¶o vÖ
6
6
36
4
2
Gara «t«
30
9
270
1
3
Nhµ ®Ó xe ®¹p xe m¸y
24
9
216
1
4
Kho x¨ng dÇu
12
9
108
1
5
Nhµ cøu ho¶
12
9
108
1
6
Nhµ hµnh chÝnh + Héi trêng
36
12
432
1
7
Nhµ ¨n + Nhµ vÖ sinh
36
18
648
1
8
Nhµ nghØ thay ca
12
9
108
1
9
Nhµ giíi thiÖu s¶n phÈm
18
9
162
1
10
Khu vùc s¶n xuÊt
60
30
1800
1
11
Khu chuÈn bÞ xóc t¸c vµ nguyªn liÖu
38
18
648
1
12
Phßng thÝ nghiÖm
18
12
216
1
13
Kho vËt t phô tïng thay thÕ
18
12
216
1
14
Khu cung cÊp ®iÖn níc
36
24
864
1
15
Khu m¸y b¬m m¸y nÐn
12
12
144
1
16
Khu ®Êt dù tr÷
24
9
216
1
17
Nhµ vÖ sinh
18
6
108
1
18
Khu vùc xö lý níc th¶i
24
6
144
1
19
Khu vùc xö lý khÝ th¶i
12
9
108
1
20
Kho chøa s¶n phÈm
36
18
648
1
Tæng
7308
Tæng hîp c¸c chi tiÕt x©y dùng:
- DiÖn tÝch x©y dùng : 7308 (m2)
- DiÖn tÝch toµ nhµ m¸y :
Dµi x Réng = 200 x 150 = 30000 (m2)
- DiÖn tÝch s©n bª t«ng : 400 (m2)
- HÖ thèng ®êng bé : 10000 (m2)
- HÖ thèng kü thuËt, hÌ r·nh : 5000 (m2)
HÖ sè x©y dùng
HÖ sè sö dông:
Trong ®ã:
F : DiÖn tÝch toµn nhµ m¸y.
A : DiÖn tÝch chiÕm ®Êt cña nhµ vµ c«ng tr×nh.
B : DiÖn tÝch kho b·i lé thiªn.
C : DiÖn tÝch chiÕm ®Êt cña ®êng lé, hÌ r·nh tho¸t níc.
PhÇn iv
An Toµn lao ®éng
Trong c«ng nghÖ ho¸ häc nãi chung vµ trong tæng hîp h÷u c¬ - ho¸ dÇu nãi riªng lµ c¸c ngµnh c«ng nghÖ ho¸ chÊt rÊt ®éc h¹i. Trong qu¸ tr×nh lao ®éng s¶n xuÊt cã rÊt nhiÒu yÕu tè g©y ¶nh hëng tíi nh÷ng ngêi lao ®éng trùc tiÕp còng nh gi¸n tiÕp vµ m«i trêng xung quanh.
§Ó ®¶m b¶o vµ thùc hiÖn tèt vÊn ®Ò an toµn lao ®éng, ta cÇn chó ý ®Õn c¸c yªu cÇu sau:
I. Yªu cÇu an toµn vÒ tæng mÆt b»ng nhµ m¸y :
MÆt b»ng nhµ m¸y ph¶i ®¶m b¶o th¶i c¸c chÊt ®éc h¹i thuËn lîi, muèn vËy mÆt b»ng ph¶i ®ñ cao, viÖc th¶i níc ph¶i dÔ dµng, mÆt kh¸c tr¸nh ®îc hiÖn tîng thÊm.
MÆt b»ng ph¶i chó ý ®Õn híng giã vµ híng mÆt trêi c¸c bé phËn s¶n xuÊt cã bôi, h¬i khÝ ®éc, cã tiÕng ån, cÇn ®Æt cuèi híng giã.
Bè trÝ híng nhµ theo híng mÆt trêi thÕ nµo ®Ó ®¶m b¶o chèng n¾ng tèt, nhng ph¶i ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn chiÕu s¸ng, kho¶ng c¸ch chiÕu s¸ng tù nhiªn gi÷a c¸c nhµ ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc.
, (m).
B : kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c nhµ , (m)
H, h: lµ chiÒu cao gi÷a c¸c nhµ c¹nh nhau, (m).
Kho¶ng c¸ch vÖ sinh gi÷a c¸c kh©u chÕ xuÊt vµ vïng d©n c lµ mét yÕu tè quan träng. §Ó tr¸nh ®éc h¹i ®Õn m«i trêng xung quanh nhµ m¸y, ngêi ta ph¶i ®Æt nhµ m¸y theo kho¶ng c¸ch nhÊt ®Þnh.
Trong khu vùc chÕ biÕn, s¶n xuÊt cã nhiÒu ®êng: ®êng «t«, ®êng s«ng, ®êng bé... v× vËy, ph¶i bè trÝ ®êng ®i ph¶i rÊt khoa häc, ®Ó ®¶m b¶o chèng ch¸y x¶y ra tai n¹n, võa ®¶m b¶o phßng ch÷a ch¸y tèt . Theo quy ®Þnh däc ®êng «t« ph¶i cã lÒ ®êng, vØa hÌ, chiÒu rång ®êng mét chiÒu tèi thiÓu 3,5 m. ë c¸c ng· ba, ng· t, cÇn bè trÝ th¼ng gãc vµ c¸c ®é cao kh¸c nhau.
§Ó ®¶m ch÷a ch¸y tèt khi bè trÝ ®êng cÇn chó ý : ®êng cã thÓ dÉn ®Õn bÊt kú ng«i nhµ nµo kÓ c¶ hai phÝa. Lèi vµo cho xe ch÷a ch¸y réng Ýt nhÊt lµ 6 m. §èi víi c¸c ®êng côt cÇn cã b·i quay xe mçi bªn réng Ýt nhÊt lµ 12 m.
Yªu cÇu ®êng phßng ch¸y cho nhµ m¸y: tuú vµo møc ®é chÞu löu cña tõng ng«i nhµ bè trÝ kho¶ng c¸ch cho thÝch hîp: §èi víi c¸c ng«i nhµ cã møc chÞu löu tèt th× kho¶ng c¸ch tèi thiÓu lµ 10 m, cßn ®èi víi c¸c ng«i nhµ cã møc chÞu löu kÐm h¬n th× cã thÓ ®Õn 20m. §èi víi c¸c kho chøa nguyªn liÖu, vËt liÖu, s¶n phÈm... cÇn cã tiªu chuÈn bè trÝ kho¶ng c¸ch cô thÓ.
II. Yªu cÇu vÒ sö dông m¸y mãc thiÕt bÞ:
M¸y mãc ngµy cµng ®îc sö dông réng r·i trong c«ng nghiÖp. M¸y mãc ®îc ®a vµo sö dông sÏ lµm gi¶m søc lao ®éng, c¶i thiÖn ®iÒu kiÖn lµm viÖc, lµm cho n¨ng suÊt t¨ng lªn vµ n©ng cao chÊt lîng s¶n phÈm. Tuy nhiªn nÕu thiÕt kÕ nhµ m¸y cha hoµn chØnh, chÕ tao sai quy c¸ch th× khi sö dông m¸y dÔ dÉn ®Õn tai n¹n.
1. Nguyªn nh©n g©y chÊn th¬ng khi sö dông m¸y mãc:
Nguyªn nh©n chÊn th¬ng do thiÕt kÕ: m¸y mãc cÇn ®îc th¶o m·n vÒ c¸c ®iÒu kiÖn vÒ bÒn, ®é cøng, chÞu ¨n mßn, kh¶ n¨ng chÞu nhiÖt, chÞu chÊn ®éng... ®Ó cho m¸y mãc lµm viÖc ®îc æn ®Þnh vµ an toµn, m¸y mãc kh«ng ®¶m b¶o an toµn vÒ ®iÒu kiÖn kü thuËt sÏ dÉn tíi tai n¹n.
Nguyªn nh©n do b¶o qu¶n vµ sö dông: Muèn m¸y mãc lµm viÖc æn ®Þnh, cã hiÖu qu¶ vµ bÒn ph¶i cã mét chÕ ®é b¶o qu¶n vµ sö dông chÆt chÏ, nhÊt lµ ®èi víi nh÷ng lo¹i m¸y mãc tinh vi dÔ háng, dÔ nguy hiÓm. Ph¶i thêng xuyªn kiÓm tra, ®iÒu chØnh c¸c c¬ cÊu an toµn cho phï hîp víi chÕ ®é lµm viÖc cña m¸y mãc.
NÕu vi ph¹m quy ®Þnh c«ng nghÖ, kh«ng thêng xuyªn b¶o dìng vµ duy tr× chÕ ®é lµm viÖc cña m¸y mãc ch¾c ch¾n sÏ dÉn ®Õn háng vµ tai n¹n.
2. An toµn trong phßng hé c¸ nh©n:
§Ó tr¸nh bôi cho c¸c c¬ quan h« hÊp dïng dông cô ®Ó gi÷ l¹i c¸c h¹t bôi, vËt läc ph¶i cã lç bÐ h¬n kÝch thíc h¹t bôi.
CÇn kiÓm tra ®Þnh kú ®Ó ph¸t hiÖn vµ ®iÒu trÞ kÞp thêi nh÷ng ngêi bÞ nhiÔm ®éc nghÒ nghiÖp
Trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt, c«ng nh©n hoÆc ngêi thiÕt kÕ c«ng nghiÖp cÇn ph¶i chÊp hµnh nh÷ng quy ®Þnh vÒ an toµn lao ®éng.
3. An toµn ®èi víi c¸c thiÕt bÞ lµm viÖc díi ¸p suÊt:
Trong c¸c nhµ m¸y läc dÇu thêng dïng c¸c thiÕt bÞ b×nh vµ èng dÉn lµm viÖc díi ¸p suÊt. V× vËy viÖc tÝnh to¸n c¸c lo¹i b×nh ph¶i theo ®é bÒn vµ dùa vµo ¸p lùc cho phÐp lµm viÖc lín nhÊt cña mçi lo¹i b×nh, tÝnh ®Õn øng suÊt cña vËt liÖu cho phÐp, hÖ sè bÒn cña ph¬ng ph¸p c«ng nghiÖp vµ ¶nh hëng cña hen gØ.
Trong trêng hîp trÝch ly tû lÖ ®êng kÝnh ngoµi vµ ®êng kÝnh trong theo c«ng thøc :
BÒ dµy thµnh h×nh trô cña b×nh chÞu ¸p lùc bªn trong ®îc tÝnh theo c«ng thøc :
Trong ®ã:
S : ChiÒu dµy thµnh thiÕt bÞ , mm.
P : ¸p suÊt bªn trong thiÕt bÞ, kg/cm2.
Dt : ®êng kÝnh trong cña thiÕt bÞ, mm.
Rp : øng suÊt kÐo theo cho phÐp , kg/cm2.
: hÖ sè bÒn cña mèi hµn thêng chän 0,8 - 0,95.
C: hÖ sè dù tr÷ ¨n mßn, ®èi víi m«i rêng kh«ng ¨n mßn th× C = 0,5 mm, ¨n mßn lµ 2 - 6 mm.
§èi víi tÊt c¶ c¸c lo¹i b×nh cã trÞ sè øng suÊt kÐo theo cho phÐp RP x¸c ®Þnh xuÊt ph¸t tõ ®é bÒn dù tr÷ cho phÐp .
N¾p vµ ®¸y ®îc tÝnh b»ng c«ng thøc:
Trong ®ã:
S : ®é dµy cña n¾p vµ ®¸y , mm
d : ®êng kÝnh trog cña n¾p hoÆc ®¸y, mm
m : hÖ sè phô thuéc chän lµ 0,18 ¸ 0,3
P : ¸p suÊt bªn trong cña thiÕt bÞ , kg/cm2
Ru: øng suÊt uèng cho phÐp, kg/cm2
C : HÖ sè dù tr÷ do ¨n mßn
Chän ®¸y cã h×nh d¹ng chãp hoÆc cÇu:
BÒ dµy cña ®¸y ®îc tÝnh theo c«ng thøc:
Trong ®ã :
Dn : ®êng kÝnh ngoµi cña ®¸y, mm.
P : ¸p suÊt tÝnh to¸n, kg/cm2.
Y : yÕu tè h×nh d¹ng cña ®¸y, phô thuéc vµo tû sè h/Dn vµ c¸c lç cña ®¸y Y trong kho¶ng tõ 0,5 ¸ 3,1 mm.
e : hÖ sè dù tr÷ thªm vµo bÒ dµy cña ®¸y ( 2mm + C) cã thÓ chÕ t¹o theo nhòng h×nh d¹ng bÊt kú.
4. An toµn víi thiÕt bÞ gia nhiÖt :
Trong c¸c ph©n xëng trÝch ly ngêi ta thêng dïng c¸c thiÕt bÞ truyÒn nhiÖt nh: lß ®èt, thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt, vµ sö dông nhiÖt.
An toµn ®èi víi c¸c thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt phô thuéc vµo tÝnh chÊt ho¸ lý cña chÊt mang nhiÖt, nhiÖt ®é, ®é ch¸y vµ t¸c dông lªn ¨n mßn vËt liÖu.
§Ó ®ung nãng ngêi ta thêng dïng ®un nãng b»ng ngän löa nhng rÊt nguy hiÓm víi dÇu nhên, vµ dÔ g©y ra chÊy côc bé khi cã cÆn ®ãng vµo ®¸y thiÕt bÞ. §Ó ng¨n ngõa sù cè ë thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt, thiÕt bÞ ®un nãng th× ngêi ta ph¶i l¾p ®Æt van an toµn, ¸p kÕ, èng thuû, van ®ãng vµ van më mét chiÒu, van næ trªn ®êng èng.
5. An toµn víi hÖ thèng m¸y nÐn :
a) an toµn víi hÖ thèng m¸y nÐn:
Khi nÐn khi do ¸p suÊt, nhiÖt ®é t¨ng cao, ®ång thêi cã c¸c qu¸ tr×nh ho¸ häc x¶y ra nªn dÔ x¶y ra hçn hîp næ khi m¸y lµm viÖc. Qu¸ tr×nh cã thÓ ®¼ng nhiÖt hay ®o¹n nhiÖt , tèt nhÊt lµ khi dïng qu¸ tr×nh nÐn ®¼ng nhiÖt, v× lý do lµm l¹nh nªn nhiÖt ®é cña khÝ sÏ thay ®æi. Qu¸ tr×nh nÐn sÏ tu©n theo ®Þnh luËt ®a híng PVm = const. Khi nÐn, nhiÖt ®é sÏ t¨ng lªn vµ tÝnh theo c«ng thøc:
Trong ®ã :
m : chØ sè politrèp
t1 : nhiÖt ®é tuyÖt ®èi cña khÝ tríc khÝ nÐn , 0K
t2 : nhiÖt ®é tuyÖt ®èi cña khÝ sau khi nÐn, 0K
P1 : ¸p suÊt cña khÝ sau khi nÐn ,kg/cm2
P2 : ¸p suÊt cña khÝ tríc khi nÐn , kg/cm2
KhÝ nÐn khÝ ë qu¸ tr×nh ®o¹n nhiÖt, nÕu kh«ng lµm l¹nh th× nhiÖt ®é sÏ t¨ng m¹nh. NhiÖt ®é t¨ng cao sÏ lµm tiªu hao n¨ng lîng cña khÝ, lµm gi¶m ®é bÒn kim lo¹i cña m¸y nÐn vµ t¨ng cêng ph©n huû dÇu b«i tr¬n vµ do ®ã hiÖn tîng næ sÏ x¶y ra.
b) an toµn víi ®êng èng:
§êng èng dÉn vËn chuyÓn khÝ nÐn vµ c¸c s¶n phÈm dÇu má rÊt nguy hiÓm, chÞu ¸p suÊt cao cÇn ®¶m b¶o c¸c yªu cÇu : thiÕt bÞ chÞu ¸p suÊt, nèi mÆt bÝch chØ sö dông trong c¸c trêng hîp cÇn thiÕt ®Ó l¾p r¾p vµ söa ch÷a. §Ó duy tr× ¸p suÊt giíi h¹n cè ®Þnh cho phÐp ngêi ta l¾p ®Æt van an toµn vµ van chØnh lu.
TÊt c¶ c¸c ®êng èng khi l¾p ®Æt ph¶i chó ý ®Õn hiÖn tîng biÕn d¹ng vµ nøt do øng suÊt thay ®æi . Kh«ng nªn ®Æt ®êng èng ngay ë nÒn nhµ hoÆc mÆt ®êng. C¸c ®êng èng cã chÊt ®éc, vµ dÔ ch¸y th× ®Æt díi c¸c èng kh¸c .CÇn s¬n mµu kh¸c nhau ®Ó ph©n biÖt èng dÉn s¶n phÈm nãng cÇn b¶o «n cÇn ®Æt c¸ch xa ®êng èng dÉn khÝ ho¸ láng mét c¸ch an toµn > 0,5 m.
6. An toµn vÒ ®iÖn:
An toµn vÒ ®iÖn lµ mét trong nh÷ng vÊn ®Ò quan träng cña c«ng t¸c an toµn. NÕu thiÕu hiÓu biÕt vÒ chÊt mang ®iÖn, kh«ng tu©n thñ theo c¸c nguyªn t¾c kü thuËt sÏ g©y ra tai n¹n nhÊt lµ ®iÖn, nhiÒu khi khã ph¸t hiÖn b»ng gi¸c quan mµ chØ cã thÓ biÕt ®uîc khi tiÕp xóc víi ph©n tö mang ®iÖn. ChÝnh v× lÏ ®ã mµ c«ng nh©n lµm viÖc cÇn cã sù hiÓu biÕt vÒ ®iÖn vµ ngêi ta thiÕt kÕ c«ng nghÖ ph¶i cã mét sè yªu cÇu vÒ thiÕt bÞ ®iÖn nh:
D©y dÉn ®iÖn cÇn ph¶i c¶i tiÕn b»ng vá cao su vµ cã thÓ lång vµo èng kim lo¹i ®Ó tr¸nh bÞ chËp. CÇn ph¶i l¾p r¸p sao cho an toµn vµ dÔ ®iÒu khiÓn nhÊt.
An toµn ch¸y næ:
Phßng ch¸y næ lµ kh©u quan träng nhÊt trong c«ng t¸c phßng ch¸y ch÷a ch¸y. BiÖn ph¸p kü thuËt phßng ch¸y næ thÓ hiÖn ë viÖc lùa chän ph¬ng ph¸p s¶n xuÊt, s¬ ®å c«ng nghÖ, kÕt cÊu vËt liÖu. vËt liÖu x©y dùng, c¸c hÖ thèng th«ng tin, b¸o hiÖu...
§Ó ng¨n ngõa c¸c ®¸m ch¸y lan réng cã thÓ ¸p dông c¸c biªn ph¸p nh:
Phßng ch¸y trªn ®êng èng :
Trªn ®êng èng dÉn chÊt láng ngêi ta ®Æt c¸c van ngîc, van thuû lùc, tÊm líi läc... Trªn ®êng èng dÉn khÝ ®Æt c¸c van thuû lùc, bé phËn ng¨n löa, mµng chèng næ. ¸p suÊt níc trong c¸c van thuû lùc cao h¬n ¸p suÊt khÝ trong hÖ thèng 100mmHg.
T¹i chç b¨ng t¶i nghiªng hay ngang chui qua têng ®Æt c¸c cöa tù ®éng hoÆc mµng níc ch¾n löa . T¸c dông cña c¸c bé phËn chÆn löa lµ chia ngän löa ra nhiÒu dßng ®Ó ng¨n löa kh«ng cã kh¶ n¨ng lan réng ra ®îc.
Khi cã næ c¸c sãng næ dÔ dµng ®i qua c¸c lç hÑp cña bé phËn ch¾n löa. ®Ó t¨ng hiÖu qu¶ ng¨n chÆn næ, ngêi ta cßn ®Æt tríc bé phËn ch¾n löa mét ®o¹n èng cã ®êng kÝnh gÊp 3-4 lÇn ®êng èng dÉn khÝ. Ngoµi ra ®Ó tr¸nh sù ph¸ ho¹i dêng èng hay thiÕt bÞ khi cã næ thêng dïng c¸c van chèng næ, mµng chèng næ.
Phßng ch¸y næ trong khu vùc nhµ m¸y:
Thay thÕ c¸c kh©u s¶n xuÊt nguy hiÓm b»ng nh÷ng kh©u Ýt nguy hiÓm h¬n. C¬ khÝ ho¸ , tù ®éng ho¸, liªn tôc ho¸ c¸c qu¸ tr×nh s¶n xuÊt cã tÝnh chÊt nguy hiÓm ®Ó ®¶m b¶o an toµn. ThiÕt bÞ b¶o ®¶m kÝn, h¹n chÕ h¬i, khÝ bay ra ë hku vùc s¶n xuÊt, chän nh÷ng dung m«i khã bay h¬i, khã ch¸y thay cho dung m«i dÔ bay h¬i, dÔ ch¸y.
C¸ch ly c¸c thiÕt bÞ hay c«ng ®o¹n s¶n xuÊt dÔ g©y ch¸y næ ë khu vùc riªng. §Æt chóng ë n¬i tho¸ng giã ngoµi trêi .
Lo¹i trõ mäi kh¶ n¨ng n¶y sinh ra måi löa t¹i nh÷ng n¬i cã liªn quan ®Õn chÊt ch¸y næ.
Dïng thªm c¸c phô gia tr¬, c¸c chÊt øc chÕ, c¸c chÊt chèng næ, ®Ó gi¶m tÝnh ch¸y næ cña hçn hîp. Thùc hiÖn c¸c kh©u kü thuËt nguy hiÓm vÌ ch¸y næ trong m«i trêng khÝ kh« ho¨c ch©n kh«ng. Tríc khi ngõng söa ch÷a hoÆc cho thiÕt bÞ hoÆc ®éng trë l¹i cÇn thiÕt thæi h¬i níc, khÝ tr¬ vµo thiÕt bÞ ®o.
Tãm l¹i, tÊt c¶ c¸c biÖn ph¸p trªn cÇn gi¶i quyÕt tèt ngay c¶ khi chän ph¬ng ¸n thiÕt kÕ ph©n xëng.
c).Nh÷ng quy ®Þnh víi c«ng nh©n nhµ m¸y vÒ quy ®inh ch¸y næ:
TÊt c¶ mäi c¸ nh©n vµ tËp thÓ, lµm viÖc t¹i nhµ m¸y ph¶i thùc hiÖn tèt c¸c quy ®Þnh cña nhµ níc vµ cña nhµ m¸y ®a ra.
+ CÊm mang vËt liÖu dÔ ch¸y næ vµo nhµ m¸y.
+ CÊm tù ®éng ®ãng më c¸c van èng trong c«ng nghÖ kh«ng liªn quan ®Õn chøc n¨ng cña m×nh.
+ CÊm nh÷ng ngêi kh«ng cã liªn quan vµo khu vùc nhµ m¸y.
+ C¸c c«ng nh©n lµm viÖc t¹i nhµ m¸y phaØ ®îc häc néi quy phßng ch¸y ch÷a ch¸y.
KEÁT LUAÄN
Axit axetic laø moät hoaù chaát raát quen thuoäc trong coâng nghieäp cuõng nhö trong ñôøi soáng haøng ngaøy. Noù coù nhieàu öùng duïng quan troïng trong coâng ngheä hoaù hoïc vaø thöïc phaåm, ñoàng thôøi coøn laø moät nguyeân lieäu quyù cho nhieàu quaù trình saûn xuaát. Axit axetic coù theå ñöôïc saûn xuaát theo nhieàu phöông phaùp khaùc nhau vaø moãi phöông phaùp coù nhöõng öu ñieåm rieâng. Baûn ñoà aùn naøy ñaõ toång keát sô löôïc veà caùc phöông phaùp saûn xuaát axit axetic, ñoàng thôøi ñi saâu phaân tích veà phöông phaùp oxy hoaù axetaldehyt trong pha loûng vôùi xuùc taùc axetat mangan. Ñaây laø moät phöông phaùp ñaõ coù khaù laâu vaø ñöôïc söû duïng khaù phoå bieán ñeå toång hôïp axit axetic trong coâng nghieäp. Phöông phaùp naøy cuõng raát giaù trò khi toång hôïp axit axetic keát hôïp vôùi saûn xuaát anhydric axetic.
Thieát bò chính cuûa quaù trình ñaõ ñöôïc tính toaùn thieát keá döïa treân caân baèng vaät chaát vaø caân baèng nhieät löôïng töøng giai ñoaïn saûn xuaát. Treân cô sôû caùc phaàn tính toaùn vaø yeâu caàu xaây döïng, em ñaõ thieát keá toång maët baèng nhaø maùy vaø löïa choïn ñòa ñieåm xaùc ñònh taïi Dung Quaát - Quaûng Ngaõi.
Trong quaù trình thieát keá chaéc chaén khoâng theå traùnh khoûi nhöõng thieáu soùt. Em raát mong coâ giaùo cuøng taát caû caùc baïn goùp yù ñaùnh giaù ñeå cho baûn ñoà aùn naøy ñöôïc hoaøn chænh hôn. Em xin chaân thaønh caûm ôn.
Tµi liÖu tham kh¶o
[1] Barbara Elvers, Stephen Hawkins, Gail Schulz, Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol A 1. VCH Verlagsgellschaft mBh, - Weinheim, Federal Republic of Germany. 1990.
[2] Barbara Elvers, Stephen Hawkins, Gail Schulz, Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol A 18. VCH Verlagsgellschaft mBh, - Weinheim, Federal Republic of Germany. 1990.
[3] Petrochemical processes- Alain Chauvel. Vol 2. 1989.
[4] Phan Minh T©n, Tæng hîp h÷u c¬ ho¸ dÇu. §¹i häc B¸ch Khoa Thµnh Phè Hå ChÝ Minh. 1993. TËp 1.
[5] Phan Minh T©n, Tæng hîp h÷u c¬ ho¸ dÇu. §¹i häc B¸ch Khoa Thµnh Phè Hå ChÝ Minh. 1993. TËp 2.
[6] Gi¸o tr×nh ho¸ häc kü thuËt tæng hîp h÷u c¬. Khoa ®¹i häc t¹i chøc trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi xuÊt b¶n. 1974.
[7] NguyÔn Mai Liªn - Gi¸o tr×nh tæng hîp h÷u c¬ c¬ b¶n . Trêng §¹i Häc B¸ch Khoa Hµ néi. 1964.
[8] Hoµng Träng Yªm - Gi¸o tr×nh Ho¸ Häc H÷u c¬. Nhµ xuÊt b¶n khoa häc kü thuËt. 2001. TËp 2.
[9] TrÇn c«ng Khanh. Gi¸o tr×nh thiÕt bÞ tæng hîp h÷u c¬. Khoa ®¹i häc t¹i chøc, trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi xuÊt b¶n. 1974.
[10] TËp thÓ t¸c gi¶. Sæ tay qu¸ tr×nh vµ thiÕt bÞ c«ng nghÖ ho¸ chÊt, TËp 1. Nhµ xuÊt b¶n khoa häc vµ kü thuËt. 1978.
[11] TËp thÓ t¸c gi¶. Sæ tay qu¸ tr×nh vµ thiÕt bÞ c«ng nghÖ ho¸ chÊt, TËp 2. Nhµ xuÊt b¶n khoa häc vµ kü thuËt.1999.
[12] Sæ tay tãm t¾t c¸c ®¹i lîng ho¸ lý – Trêng §¹i Häc B¸ch Khoa Hµ Néi xuÊt b¶n. 1963.
[13]. KhuÊt Minh Tó, Bµi gi¶ng kü thuËt an toµn lao ®éng vµ vÖ sinh m«i trêng trong c«ng nghÖ ho¸ häc.
[14]. Ng« B×nh: C¬ së x©y dùng nhµ c«ng nghiÖp, Tr êng §¹i Häc B¸ch Khoa Hµ Néi, 1997.
._.
Các file đính kèm theo tài liệu này:
DA0681.DOC
