Thiết kế phân xưởng sản xuất Vinyl Axetat từ axetylen và axit axetic trên xúc tác axetat kẽm tên than hoạt tính với công suất 150 000 tấn/năm

MỞ ĐẦU Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, cũng như sự phát triển cao của đời sống xã hội thì nhu cầu sử dụng các loại vật liệu kỹ thuật ngày một cao, đặc biệt khi các nguồn nguyên liệu tự nhiên đang ngày một cạn kiệt. Các loại vật chất tổng hợp hữu cơ có nhiều ưu điểm về cơ,lý, hoá nên ngày càng được được sử dụng rộng rãi trong nhiều nghành công nghiệp khác nhau. Một trong những quá trình quá trình quan trọng trong công nghiệp tổng hợp các hợp chất hữu cơ là quá trình Vinyl hoá. Vinyl hoá là một quá trình quan trọng trong quá trình tổng hợp các chất trung gian nhằm phục vụ cho quá trình tổng hợp ra các hợp chất hữu cơ cuối cùng. Nhờ quá trình Vinyl hoá, người ta có thể tiến hành tổng hợp được Vinyl Axetat từ Axetylen và axit Axetic trong pha khí với xúc tác axetat kẽm. Đây là một trong những phương pháp đạt được hiệu suất cao. Vinyl Axetat là một monome rất quan trọng trong công nghiệp chất dẻo và sợi tổng hợp. Ngày nay, với nhu cầu ngày càng nhiều về chất dẻo và sợi tổng hợp, công nghiệp sản xuất Vinyl Axetat đang ngày càng phát triển mạnh và trong những năm gần đây cũng xuất hiện thêm rất nhiều công trình nghiên cứu tổng hợp VA nhằm làm cho quá trình sản xuất VA ngày một hoàn thiện hơn. Trên thế giới, việc sản xuất và sử dụng VA cũng rất khác nhau. ở vùng Bắc Mỹ, VA được sản xuất dựa vào quá trình axit axetic / etylen với công nghệ tầng cố định trong pha hơi và lượng VA tạo thành được dùng chủ yếu để tạo ra polyvinyl axetat, nhưng ở Tây Âu và Châu á thì lại sử dụng quá trình axit axetic / axetylen và lượng VA tạo thành được dùng chủ yếu để tạo ra polyvinyl alcol. Ngày nay nhu cầu về sử dụng Viny Axetat của các ngành công nghiệp trong nước nói riêng, trên thế giới nói chung ngày một tăng. Đặc biệt đất nước ta đang trong công cuôc công nghiệp hoá, hiện đại hoá và có sẵn nguồn nguồn nguyên liệu cho quá trình tổng hợp. Ngoài nguồn nguyên liệu truyền thống thì ngày nay ngành công nghiệp chế biến khí phát triển mạnh tạo ra nguồn nguyền nguyên liệu giá giẻ và phong phú cho quá trình tổng hợp. Do đó, ở Việt Nam việc thiết kế một nhà máy sản xuất Vinyl Axetat là một vấn đề cần thiết và có ý nghĩa rất quan trọng. PHẦN 1 TỔNG QUAN LÝ THUYẾT TÍNH CHẤT CỦA NGUYÊN LIỆU: TÍNH CHẤT CỦA AXETYLEN I.1 Tính chất vật lý, hoá lý. Ở điều kiện thường Axetylen là chất khí không mầu , không độc , có mùi thơm dạng như ete ( do đó có thể có tác dụng gây mê ) . Một số tính chất vật lý chủ yếu của Axetylen : Nhiệt độ ngưng tụ là – 83,3 o C ( tại áp suất 0,102 Mpa ). Nhiệt độ phân huỷ tới hạn là +35,5 o C . Nhiệt nóng chảy là 5,585 Kj / mol . Nhiệt hoá hơi là 15,21 Kj / mol . áp suất phân huỷ tới hạn là 6,04 Mpa . Trọng lượng phân là 26,02 kg / kmol . Tại 00 C và áp suất 101,3 Kpa : Trọng lượng riêng là 1,173 kg / m 3 . Nhiệt dung riêng : Cp = 42,7 j .mol-1.k-1. Cv = 34,7 j / mol-1.K-1. Độ nhớt động học : m = 9,43 Pa.s. Độ dẫn nhiệt : 0,0187 A/ m. Tốc độ chuyền âm : 341 m/s. Hệ số nén : 0,9909 . Entapy : 8,32 Kj / mol. Entropy : 197 j / mol. Axetylen có khả năng tạo hỗn hợp nổ với không khí trong giới hạn rộng : từ 20 % đến 80 % thể tích . Giới hạn áp suất nguy hiểm là 0,2 Mpa . Axetylen còn có khả năng dễ dàng tạo hỗn hợp nổ với với Flo , Clo , … dưới tác dụng của ánh sáng. Do đó để tránh cháy nổ thì người ta thường pha thêm các khí trơ , Hyđrô , amoniac… vào thùng chứa axetylen khi vận chuyển. Axetylen không bị phân hủy dưới điều kiện nhiệt độ thường và áp suất khí quyển . Khi cháy , axetylen toả ra một lượng nhiệt rất lớn ( 1 m3 axetylen khi cháy toả ra lượng nhiệt là 13,307 kcal ) , do đó có thể ứng dụng vào việc hàn cắt kim loại. Ở nhiÖt ®é m«i tr­êng vµ ¸p suÊt khÝ quyÓn axtylen tinh khiÕt kh«ng bÞ ph©n huû.Khi ¸p suÊt v­ît qu¸ ¸p suÊt khÝ quyÓn th× b¾t ®Çu x¶y ra sù ph©n huû,axetylen láng cã thÓ x¶y ra ph©n huû bëi nhiÖt,do va ch¹m hay d­íi t¸c dông cña xóc t¸c. V× vËy axetylen khã cã thÓ ho¸ láng ®Î b¶o qu¶n vµ vËn chuyÓn ®­îc.Axetylen r¾n Ýt bÞ phÈn huû h¬n so víi d¹ng láng ,tuy vËy nã l¹i lµ vËt liÖu kh«ng æn ®Þnh vµ kh¸ nguy hiÓm. Mét tÝnh chÊt quan träng nöa cuae axetylen lµ kh¶ n¨ng hoµ tan cña nã lín h¬n nhiÒu so víi c¸c hy®rocacbon kh¸c. Nã hoµ tan kh¸ tèt trong dung m«i cã cùc: ë 200C mét thÓ tÝch n­íc hoµ tan mét thÓ tÝch axetylen, ®é hoµ tan gi¶m khi nhiÖt ®é t¨ng.Axetylen hoµ tan tèt trong nhiÒu dung m«i h÷u c¬ vµ dung m«i v« c¬ kh¸c,ë 200C mét thÓ tÝch axeton hoµ tan 24 thÓ tÝch axetylen .TÝnh chÊt hoµ tan tèt cña axetylen trong c¸c qu¸ tr×nh ®iÒu chÕ vµ t¸ch nã ra khái hçn hîp khÝ vµ l¹m s¹ch mét c¸ch dÔ dµng còng nh­ øng dông nã dÎ vËn chuyÓn, chøa ®ùng,b¶o qu¶n. Axetylen cã thÓ lµm giÇu tõ c¸c hçn hùp cña c¸c hydrocacbon C2 b»ng ch­ng cÊt nhiÖt ®é thÊp. §Ó tr¸nh sù ph©n huû th× nång ®é dßng h¬i kh«ng ®­îc v­ît qu¸ 42%.Khi ¸p suÊt lín h¬n 0.5Mpa vµ ë 00C axetylen vµ n­íc t¹o hy®rat ë d¹ng C2H2.(H2O) »5,8.NÕu cã mÆt axeton th× hy®rat cã d¹ng [C2H 2].[(CH3)2CO][H2O]17. Axetylen bÞ hÊp thô trªn than ho¹t tÝnh, silic oxit vµ zeolit.C¸c chÊt hÊp phô nµy ®­îc sö dông ®Ó t¸ch axetylen tõ hçn hîp khÝ .Axetylen còng bÞ hÊp phô trªn bÒ mÆt kim lo¹i vµ thuû tinh, dung dÞch keo cña paladi cã thÓ hÊp phô tíi 460 mg C2H2 /1gPd. I.2. TÝnh chÊt ho¸ häc Axetylen lµ mét hydrocacbon kh«ng no cã c«ng thøc ph©n tö lµ C2H2, c«ng thøc cÊu t¹o lµ CH º CH , liªn kÕt ba trong ®ã lµ sù xen phñ cña hai liªn kÕt p cã kh¶ n¨ng ho¹t ®éng rÊt lín ( thÓ hiÖn râ tÝnh kh«ng no ) vµ mét sp s . §é dµi liªn kÕt C- C lµ 1,20 Å , vµ cña C-H lµ 1,06 Å . Víi cÊu t¹o nµy th× C2H2 cã ph¶n øng ®¨c tr­ng lµ céng hîp : céng hîp víi H2 , c¸c halogen H2O …. Ph¶n øng céng hîp Xúc tác Xúc tác,P =1at Víi H2 + H2 tO=250¸300OC CH º CH + H2 CH2 = CH2 CH3 - CH3 Ni , tO Xóc t¸c dïng ë ®©y lµ Pt hoÆc Pd CH º CH + 2H2 CH3 - CH3 + Br2 + hg Víi c¸c Halogen : Cl2 , F2 , Br2 CH º CH + Br2 H C = C Br CHBr2 - CHBr2 Br H Khi céng hîp víi Cl2 trong pha khÝ , ph¶n øng x¶y ra m·nh liÖt vµ dÔ g©y ra næ , do ®ã ph¶i tiÕn hµnh trong pha láng víi xóc t¸c lµ SbCl3 ( antimontriclorua) SbCl3 + Cl2 SbCl5 CH º CH + 2 SbCl5 CHCl2 = CHCl2 + SbCl3 Víi c¸c axit v« c¬ vµ axit h÷u c¬ t¹o thµnh nhiÒu vinyl cã gi¸ trÞ * ) CH º CH + HCl CH2 = CHCl Ph¶n øng trªn x¶y ra trong pha h¬i ë to = 150 ¸ 180OC víi xóc t¸c lµ HgCl2 / than ho¹t tÝnh *) Céng víi H2SO4 t¹o thµnh vinylsunfo CH º CH + H2SO4 CH2 = CH - OSO3H Xúc tác , 80OC *) Céng víi HCN t¹o thµnh acrylonitril CH º CH + HCN CH2 = CH - CN Xóc t¸c lµ CuCl2 vµ NH4Cl Xúc tác , tO *) Céng víi axit axetic t¹o thµnh vinylaxetat CH º CH + CH3COOH CH2 = CH - OCOCH3 Xóc t¸c vµ nhiÖt ®é ë ®©y tuú thuéc vµo ph¶n øng ®­îc tiÕn hµnh trong pha láng hoÆc pha h¬i. Ph¶n øng nµy sÏ ®­îc nãi kü h¬n ë phÇn sau . Xúc tác tO =75 ¸100O C Víi H2O CH º CH + H2O CH3 - CHO Xóc t¸c ë ®©y lµ Hg2+ trong H2SO4 Khi cã oxit kÏm vµ oxit s¾t ë nhiÖt ®é 360 – 4500C Axetylen t¸c dông víi n­íc t¹o thµnh Axeton: 2CHºCH + 3H2Oh¬i CH3 – CO – CH3 + CO2 + 2H2. Xúc tác,80O C b.Ph¶n øng trïng hîp: Ph¶n øng Dime ho¸ trong m«i tr­êng HCl t¹o thµnh vinylaxetylen 2 CH º CH CH2 = CH - Cº CH Xóc t¸c lµ Cu2Cl2 trong dung m«i NH4Cl C 600O C Ph¶n øng Trime ho¸ 3CH º CH C6H6 TÝnh axit Do trong liªn kÕt C- H , ®é ©m ®iÖn cña Cacbon lín h¬n Hydro nªn ®iÖn tö bÞ hót vÒ phÝa Cacbon , do ®ã nguyªn tö Hydro dÔ dµng t¸ch ra vµ lµm cho axetylen cã tÝnh axit NH3 loãng T¸c dông víi Natri kim lo¹i CH º CH + 2Na NaC º CNa + H2 T¹o muèi axetylenit víi kim lo¹i CH º CH + 2Me MeC º CMe + H 2. I.3. §iÒu chÕ Axetylen. §iÒu chÕ tõ cacbua canxi. Cacbua canxi thu ®­îc tõ oxit canxi vµ cèc trong lß hå quang ®iÖn, ph¶n øng x¶y ra m¶nh liÖt vµ ®ßi hái nguån n¨ng l­îng ®iÖn dù tr÷ lín.§©y lµ yÕu tè quyÕt ®Þnh gi¸ thµnh cña axetylen s¶n xuÊt ®­îc. Khi thuû ph©n cacbua canxi b»ng n­íc ta thu ®­îc axetylen (ph¶n øng to¶ nhiÒu nhiÖt). hô quang điện CaO + 3C CaC2 + CO. CaC2 +2H2O C2H2 + Ca(OH)2. DH = - 127,1Kj/mol. Tõ mét kg cacbua canxi kü thuËt cã chøa t¹p chÊt cèc, oxit canxi vµ nh÷ng chÊt kh¸c cã thÓ thu ®­îc 230 ¸ 280 lÝt khÝ axetylen .Theo lý thuyÕt tõ 1 kg cacbua canxi s¹ch thu ®­îc 380 lÝt C2H2. ChÕ biÕn axetylen tõ hydrocacbon: Ta cã thÓ thu axetylen tõ Metan vµ nh÷ng parafin kh¸c b»ng c¸ch nhiÖt ph©n ë nhiÖt ®é cao theo ph¶n øng thuËn nghÞch sau: 2CH4 « C2H2 + 3H2. DH0298 =376 KJ / mol. C6H6 « 3C2H2 DH0298 =311KJ/mol. §©y lµ ph¶n øng thu nhiÖt, c©n b»ng cña chóng chØ dÞch chuyÓn vÒ bªn ph¶i khi nhiÖt ®é kho¶ng : 1000 ¸1300 0C trong thùc tÕ ®Ó t¨ng vËn tèc ph¶n øng cÇn nhiÖt ®é lín h¬n 15000C ®èi víi CH4 vµ 12000C ®èi víi c¸c hydrocacbon láng. Trong s¶n phÈm khÝ thu ®­îc ngoµi axetylen cßn cã lÉn nh÷nh parafin, olefin thÊp ph©n tö ,benzen, metyl axetylen còng nh­ vinyl axetylen , diaxetylen . TÍNH CHẤT CỦA AXIT AXETIC II.1. Tính chất vật lý Axit axetic là một chất lỏng không màu, có mùi chua của giấm , có vị chua , có tác dụng phá huỷ da gây bỏng. Axit Axetic dễ hoà tan trong nước, rượu , axeton và các dung môi khác theo bất cứ tỉ lệ nào. Axit Axetic tan tốt trong xenluloza và các nitroxenluloza. Khi đun nóng, axit Axetic hoà tan một lượng nhỏ phốtpho và một lượng rất nhỏ lưu huỳnh. Axit Axetic còn có thể hoà tan được nhiều chất hữu cơ , vô cơ , nó là hợp chất rất ổn định, hơi của nó không bị phân huỷ ở nhiệt độ 400OC, nhiệt độ đốt nóng là 3490 kcal/mol . Một số tính chất vật lý chủ yếu của Axit Axetic : Tỉ trọng 1,049 g/cm 3 ( ở 20 O C ) Kết tinh ở nhiệt độ là 16,63 O C thành tinh thể không màu có khối lượng riêng là 1,105 g/cm Nhiệt độ sôi là tso = 118 OC. Bảng các thông số vật lý đặc trưng của axit axetic. Đại lượng. Giá trị Nhiệt dung riêng ,Cp (ở nhiệt độ 250C) 1,110 J.g-1.K-1. Nhiệt dung riêng ,Cp (dạng lỏng, ở 19,40C ) 2,043 J.g-1.K-1. Nhiệt dung riêng ,Cp ( dạng tinh thể, ở 1,50C) 1,470 J.g-1.K-1. Nhiệt kết tinh 195,5 J / g. Nhiệt hoá hơi (ở nhiệt độ sôi) 394,5 J / g. Độ nhớt (ở 250C) 10,97 m.Pa Hằng số điện môi (ở nhiệt độ 200C) 6,170 Chỉ số khúc xạ nD20 1,3719 Entapy tạo thành (DH0298 lỏng) -484,50 Kj / mol Entapy tạo thành (DH0298 hơi) -432,25 Kj / mol Điệm chớp cháy cốc kín 430 C Điểm tự bốc cháy 465 0 C Giớ hạn nổ trong không khí 4,0 - 16% thể tích Nhiệt độ tới hạn , Tc 592,71 K áp suất tới hạn , Pc 5,786 MPa Axit axetic có nhiệt độ sôi cao hơn rượu có cùng khối lượng phân tử là vì giữa các phân tử axit có liên kết hydro bền vững . Ngoài ra , axit axetic còn có khả năng hút ẩm từ không khí . Axit axetic được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm , dệt và là sản phẩm trung gian rất quan trọng trong tổng hợp hữu cơ. Axit axetic được dùng để điều chế axeton , etyl axetat , i-amyl axetat , một số dược phẩm ( như là aspirin …), polime ( vinylaxetat , xenlulozơ axetat …), chất diệt cỏ … Nhôm axetat và crom axetat được dùng làm chất cầm màu trong công nghiệp nhuộm . Dung dịch axit axetic 3 ¸ 6% được dùng làm dấm ăn ( thu được khi cho lên men giấm các dung dịch đường , rượu etylic …) II.2. Tính chất hoá học: CH3 C O O H Axit axetic có công thức phân tử là CH3COOH , là axit một lần axit và công thức cấu tạo là : Các tính chất hoá học của nó được quyết định bởi sự có mặt của của nhóm cacboxyl - COOH trong phân tử. Trong nước , CH3COOH phân ly ( điện ly ) CH3 C O O CH3COOH + H2O + H3O+. So với các axit vô cơ thì CH3COOH là một axit yếu , Ka rất nhỏ. Tác dụng với dung dịch kiềm CH3COOH + NaOH CH3COONa + H2O Muối tạo thành sẽ bị phân huỷ mạnh trong nước. Tác dụng với Pentaclorua Photpho ( PCl5 ) tạo thành clorua axetic Cl CH3COOH + PCl5 CH3 - C = O + POCl3 + HCl CH3 C OH O CH3 C O O H CH3 C O CH3 C O O P2O5 - H2O + H2O Phản ứng loại H2O tạo thành Anhydrit axetic Tác dụng với kim loại tạo muối axetat : 2CH3COOH + Mn (CH3COO)2Mn + H2. Muối của axit axetic có giá trị sử dụng rất lớn .Axetat kem, axetat đồng được sử dụng đẻ làm bột màu. Ngoài ra axetat sắt, axetat natri, axetat mangan … được sử dụng để làm xúc tác cho các quá trình tổng hợp hữu cơ. Phản ứng tổng hợp Axeto-phenon : Cho hơi của hỗn hợp axit axetic và axit benzoic đi qua xúc tác (THO2, MnO2) ở 400 ¸ 5000C : CH3COOH + C6H5COOH C6H5COCH3 + CO2 + H2O. Axeton-phenon có mùi dễ chịu được sử dụng trong công nghiệp hương liệu để sản xuất xà phòng thơm. Phản ứng với axetylen với xúc tác thuỷ ngân ở nhiệt độ 70 ¸ 850C tạo thành etyl diaxetat: 2CH3COOH + C2H2 CH3 – CH - (OCOCH3)2. XT,t0 Dưới tác dụng của nhiệt độ và xúc tác etyl diaxetat sẽ phân huỷ tạo thành axetaldehyt và anhydric axetic. CH3CH(OCOCH3)2 CH3CHO + (CH3CO)2O. 90 ¸100O C Phản ứng thế halogen vào gốc hydrocacbon CH3COOH + Cl2 ClCH2COOH + HCl H2SO4 Tác dụng với rượu tạo thành este ( Phản ứng este hóa ) CH3COOH + ROH CH3COOR + H2O O tO Tác dụng với NH3 tạo thành Amid CH3COOH +NH3 CH3COONH4 CH3 - C NH2 + H2O MnO,tO Ph¶n øng Decacboxyl ho¸ t¹o thµnh axeton 2CH3COOH CH3 - CO - CH3 + H2O + CO2 Xúc tác,tO Ph¶n øng víi C2H2 t¹o thµnh monome Vinylaxetat CH3COOH + CH º CH CH2 = CH - OCOCH3 II.3. C¸c ph­¬ng ph¸p ®iÒu chÕ Axit axetic. §iÒu chÕ tõ C2H2 hoÆc CH4: HC º CH CH3CHO CH3COOH. H2C = CH2 CH3CH2OH ¤xy ho¸ n-butan trong pha láng : CH3 – CH2 – CH 2 - CH3 + 1/2 O2 2CH3COOH + H2O. Tæng hîp tõ metanol vµ oxit cacbon. CO + 2H2 CH3OH CH3COOH. Qu¸ tr×nh «xy ho¸ etylen vµ «xy ho¸ n-butan cã hiÖu suÊt cao h¬n vµ Ýt giai ®o¹n h¬n nªnkhi ¸p dông vµo s¶n xuÊt mang l¹i hiÖu qu¶ kinh tÕ cao h¬n. III. TÍNH CHẤT CỦA VINYL AXETAT ( VA ). III.1. Tính chất vật lý Vinylaxetat có công thức hoá học là CH2 = CH - OCOCH3 , gọi tắt là VA . VA là chất lỏng không màu , rất linh động , có mùi ete và là chất lỏng có thể cháy được. Hơi của VA có thể gây tổn thương đến mắt bởi sự thuỷ phân của nó tạo thành axit axetic và axetaldehyt. Một số tính chất vật lý quan trọng của VA : Nhiệt độ sôi là 72,7 OC Nhiệt độ đóng rắn là -84OC Trọng lượng phân tử là 86,09 kg/kmol Trọng lượng riêng ở 20 OC là 0,932 g/ml Độ nhớt ở 20 OC là 0,42 cP Nhiệt độ chớp cháy cốc hở là khoảng - 5 ¸ -1OC Nhiệt độ tới hạn là 252 OC áp suất tới hạn là 609 psia Nhiệt hoá hơi ở 72 OC là 90,6 cal/g Nhiệt cháy là 5,75 Kcal/g VA ít hoà tan trong nước ( ở 20 OC hoà tan được 2,5 g VA trong 100 g H2O , còn ở 50 OC thì có thể hoà tan 2,1 g VA trong 100 g H2O ). VA có thể hoà tan trong rượu và dietylete. ở nhiệt độ thường VA kém ổn định và dễ bị trùng hợp cho ta sản phẩm là polyvinylaxetat , đây là một sản phẩm có giá trị trong nhiều lĩnh vực như sản xuất keo dán, sơn , vecni… III.2. Tính chất hoá học: Trong phân tử VA có một liên kết đôi nên VA có khả năng tham gia nhiều phản ứng kết hợp và trùng hợp Phản ứng quan trọng nhất của VA là phản ứng trùng hợp theo cơ chế gốc tự do. VA nguyên chất ở nhiệt độ thường trùng hợp rất chậm , nhưng nếu có tác dung của ánh sáng hay các peroxit thì phản ứng trùng hợp xảy ra rất nhanh. VA trùng hợp cho ta Polyvinylaxetat ( PVA ) , là một chất dẻo rất có giá trị COOCH3 COOCH3 - CH2 - CH - n n CH2 = CH PVA dùng để sản xuất sơn có độ bám dính cao , để chế biến bề mặt da và vải … Từ PVA ta có thể điều chế ra rượu polyvinylic bằng cách cho VA tác dụng với kiềm hoặc axit trong môi trường rượu ( ROH ) OCOCH3 ~ CH2 - CH - CH2 - CH - CH2 - CH - ~ OCOCH3 OCOCH3 H+ hoặc OH - ROH ~ CH2 - CH - CH2 - CH - CH2 - CH ~ OH OH OH + CH3COOR Rượu polyvinylic là bán sản phẩm dùng sản xuất sợi vinylon , keo dán … Khi thuỷ phân PVA trong môi trường axit ta cũng thu được rượu polyvinylic H+ OCOCH3 - CH2 - CH - n OH n + n H2O - CH2 - CH - + n CH3COOH Ta có thể tiến hành thuỷ phân từng phần ( ví dụ 50% nhóm axetat ) và sản phẩm thu được dùng làm màng và vật liệu giả da . VA còn có khả năng đồng trùng hợp với nhiều monome khác cho ta những loại polime có giá trị. Ví dụ như khi đồng trùng hợp VA với vinylclorua ta thu được loại chất dẻo vinylit , loại chất dẻo này được dùng làm màng mỏng , sơn , vật liệu tấm … H+ VA tác dụng với CH3COOH tạo thành etylidendiaxetat CH2 = CH - OCOCH3 + CH3COOH CH3CH(OCOCH3 )2 Các phản ứng với các hợp chất Hydroxy KOH * ) VA tác dụng với rượu trong môi trường kiềm CH2 = CH - OCOCH3 + ROH ROOC- CH3 + CH3CHO *) Trong môi trường axit mạnh OR H2SO4 OR CH2 = CH - OCOCH3 + ROH ROOC- CH3 + CH3 - CH OOC - CH3 + CH3 - CH - O - R *) Trong môi trường axit mạnh và xúc tác là muối thuỷ ngân HgOBF3 OR BF2 OOC - CH3 OR CH2 = CH - OCOCH3 + 2ROH CH3 - CH + CH3 - CH - O - R Phản ứng cộng Bz2O2 *) Với CCl4 với sự có mặt của xúc tác là Benzoyl peroxit nCH2 = CH - OCOCH3 + CCl4 Cl3C[CH2CH(OCOCH3)]n Cl *) Với CCl3Br CCl3Br + CH2 = CH - OCOCH3 Cl3CCH2CHBr - OCOCH3 BF3 *)Với Mercaptan CH2 = CH - OCOCH3 + C4H9SH C4H9SCH2CH2-OCOCH3 *)Với NH3 , phản ứng xảy ra ở nhiệt độ phòng 2CH2 = CH - OCOCH3 + NH3 CH3CH(OH)NH2 + CH3CONH2 CH3OH tO , P N CH3 H5C2 Nhưng nếu xảy ra ở 130OC thì sản phẩm tạo thành theo phản ứng CH2 = CH - OCOCH3 + 5NH3 + CH3CONH2 + 4 H2O. Phản ứng Oxy hoá OsO4 H2O2 VA bị oxi hoá với hydroperoxit H2O2 dưới tác dụng của osmi tetraoxit tạo thành Glycol aldehyt CH2 = CH - OCOCH3 HOCH2CHO + CH3COOH CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT VINYLAXETAT Hiện nay trên thế giới có rất nhiều phương pháp sản xuất VA , nhưng có ba phương pháp chính được nhiều nước sử dụng. Đó là : Tổng hợp VA từ Axêtylen (C2H2) và axit Axetic ( CH3COOH ) , được tiến hành trong pha lỏng hoặc pha khí. Tổng hợp VA từ Etylen (C2H4) , axit Axetic ( CH3COOH ) và Oxy ( O2) , được tiến hành trong pha lỏng hoặc pha khí. Tổng hợp VA từ Etyliden diaxetat ( CH3CH(OCOCH3)2 ) Trong đó , phương pháp sản xuất VA đi từ Etylen , axit Axetic và Oxy được sử dụng rất rộng rãi ở vùng Bắc Mỹ . Còn ở vùng Tây Âu và đặc biệt là ở châu á thì phương pháp sản xuất VA đi từ Axetylen và axit Axetic lại được sử dụng nhiều hơn. Ngày nay các phương pháp sản xuất VA trong pha lỏng ít được sử dụng và dần được thay thế bằng các phương pháp sản xuất trong pha khí , bởi vì các phương pháp tiến hành trong pha lỏng thường cho hiệu suất thấp , gây hao tốn xúc tác , xúc tác đôi khi rất độc và gây ăn mòn , phá hỏng thiết bị phản ứng… QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP VINYL AXETAT (VA) TỪ C2H4 VÀ CH3COOH ( PHƯƠNG PHÁP AXETOXY HOÁ ) I.1. Khái niệm chung Pd2+ Ngày nay , do giá thành của C2H2 đắt hơn so với C2H4 nên trên thế giới đang có xu hướng tìm ra những phương pháp sản xuất VA cho hiệu suất cao tương đương với phương pháp sản xuất VA từ C2H2 và CH3COOH nhưng lại sử dụng nguyên liệu đầu có giá thành rẻ hơn. Và một trong những phương pháp mới được sử dụng gần đây là phương pháp tổng hợp VA từ C2H4 và CH3COOH. Theo tính toán của các nhà sản xuất thì việc thay thế C2H2 bằng C2H4 trong công nghệ tổng hợp VA sẽ tiết kiệm được hơn 20% giá thành sản xuất. Phương pháp này dựa vào phản ứng oxy hoá kết hợp Etylen (C2H4) với axit axetic (CH3COOH), sử dụng xúc tác là muối Paladi ( Pd2+ ) : CH3COOH + H2C = CH2 + 1/ 2O2 CH3COOCH = CH2 + H2O (*) Phản ứng này có thể tiến hành trong pha lỏng hoặc pha khí. Dù tiến hành trong pha nào thì vẫn phải cho thêm một lượng muối đồng (đóng vai trò là chất mang) vào xúc tác để thúc đẩy sự oxi hoá PdO Pd2+. Khi thêm muối đồng II vào thì nó sẽ oxi hoá Pd và trở về Cu+. Cu+ rất dễ bị oxi hoá bởi O2 thành Cu2+. Nói cách khác muối đồng đóng vai trò chất mang oxi cho Pd PdO + Cu 2+ Pd2+ + Cu+ Cu+ + 1/2O2 +2 H+ Cu 2+ +H2O Cả hai phản ứng trên đều xảy ra tương đối mãnh liệt trong môi trường axit, trong đó PdCl2 nằm ở dạng H2PdCl4. Cơ chế của phản ứng (*) bao gồm các giai đoạn tạo thành phức trung gian và sự chuyển hoá nội phân tử của phức này : +C2H4 +Cl- [PdCl4] 2- [PdCl3(C2H4)] - + OAc- + Cl- + OAc- + Cl- +C2H4 +Cl- [PdCl3(OAc)] 2- cis[PdCl2(OAc)(C2H4)] - I.2. Quá trình tổng hợp tiến hành trong pha lỏng: Quá trình tổng hợp VA từ Etylen trong pha lỏng đã được phát triển bởi các Hãng Hoechst ( Đức ) , ICI ( Anh ) , Nippon Gosei ( Nhật Bản ) và đã được ICI sử dụng vào sản xuất thương mại với quy mô lớn tại Anh và Mỹ trong vài năm gần đây với sản lượng là 100 triệu pound / năm. Các phản ứng chính xảy ra trong quá trình CH2 = CH2 + CH3COOH + PdCl2 CH2=CH-OCOCH3 + Pd + 2HCl CH2 = CH2 + H2O + PdCl2 CH3CHO + Pd + 2HCl Pd + CuCl2 PdCl2 + 2CuCl 2CuCl + 2HCl + 1/2 O2 2CuCl2 + H2O Các thông số kỹ thuật của quá trình Quá trình được tiến hành ở to = 100 ¸ 300 OC Quá trình được tiến hành áp suất là 30 atm Xúc tác cho quá trình : Dung dịch xúc tác gồm muối Paladi hoà tan với nồng độ 30 ¸50 mg Pd2+ / l và muối đồng hoà tan với nồng độ là 3 ¸6 g Cu2+ / l ) Tỉ lệ C2H4 / O2 = 94,5 / 5,5 . Tỉ lệ này nằm ngoài giới hạn nổ. Ngoài sản phẩm chính là VA quá trình sản xuất còn có các sản phẩm phụ như : etylyden axetat, n-buten (do sự đi me hoá của etylen) và axetandehyt,CO2.Nếu giữ một tỷ lệ nào đó cố định giữa axit axetic và nước (tạo ra trong quá trình phản ứng) thì có thể kết hợp tổng hợp vinyl axetat và axetadehyt. Do quá trình tiến hành trong pha lỏng nên thiết bị phản ứng là dạng tháp sục khí và phải được chế tạo bằng thép titan hoặc các vật liệu chống ăn mòn và chịu được axits khác. Thiết bị phản ứng không có bộ phận trao đổi nhiệt ,nhiệt sinh ra trong phan ứng được sử dụng luôn để đun nóng hỗn hợp mới hoặc làm bốc hơi hỗn hợp trong thiết bị phản ứng chính. Sơ đồ công nghệ và nguyên lý hoạt động. Sơ đồ công nghệ (trang 18). Nguyên lý hoạt động Hỗn hợp khí gồm 30% thể tích C2H4 và 70% thể tích O2 cùng với CH3COOH (lượng mới trộn với lượng hồi lưu) được đưa vào thiết bị phản ứng (1) làm việc ở to = 100 ¸ 300 OC , p = 30atm. Sản phẩm tạo thành gồm có VA, CH3CHO, H2O, CH3COOH và hỗn hợp O2 – C2H4 được đưa ra khỏi thiết bị phản ứng (1) và vào thiết bị ngưng tụ ( 2) , sau đó được đưa vào thiết bị phân ly (3). Phần hỗn hợp khí hồi lưu sẽ được dẫn qua tháp hấp thụ (5) và tháp nhả hấp thụ (6) để loại bỏ khí CO2. Còn phần hỗn hợp lỏng sẽ được đưa vào tháp (8) để tách CH3COOH , và lượng CH3COOH này sẽ được hồi lưu trở lại thiết bị phản ứng (1). Hỗn hợp lỏng sau khi ra khỏi tháp (8) được đưa tháp (9) để tách CH3CHO. Hỗn hợp sau khi ra khỏi tháp (9) gồm 2 phần : Phần hỗn hợp đi ra từ đỉnh tháp (9) được đưa sang tháp hấp thụ CH3CHO (12) , ở đây các chất bẩn nhẹ sẽ được tách ra ở đỉnh tháp còn hỗn hợp ở đáy tháp thì được đưa sang tháp chưng phân đoạn CH3CHO (13) để thu hồi CH3CHO ở đỉnh , còn H2O được tháo ra ở đáy tháp (13). Phần hỗn hợp đi ra từ đáy tháp (9) được đưa vào thiết bị ngưng tụ (14) để loại một phần H2O, sau đó hỗn hợp tiếp tục được đưa vào tháp tách H2O (10) và tháp chưng phân đoạn VA (11), ở đỉnh tháp (11) sẽ thu được VA còn ở đáy tháp là các chất bẩn nặng. Nhận xét Hiệu suất của quá trình đạt 90% tính theo C2H4 và 95% tính theo CH3COOH. Cần phải điều chỉnh lượng nước đưa vào thiết bị phản ứng hay cần phải điều chỉnh tỷ lệ H2O trong dung dịch xúc tác thì ta có thể hạn chế được lượng axetaldehyt sinh ra, tức là điều chỉnh được tỷ lệ giữa axetaldehyt và VA trong sản phẩm tạo thành. Tỷ lệ phần mol thích hợp trong sản phẩm gồm axetaldehyt và VA là 1:14. Các thiết bị dùng cho quá trình phải được làm bằng titan hoặc ceramic hoặc nhựa composit để tránh sự ăn mòn , do trong quá trình phản ứng có sự tạo thành axit HCl . Tuy nhiên đây là những vật liệu đắt tiền và do đó nó làm cho tổng chi phí cho toàn bộ quá trình này cao hơn khoảng 50% so với quá trình tổng hợp VA từ axetylen ( C2H2 ) và axit axetic (CH3COOH ) trong pha hơi. I.3. Quá trình tiến tiến hành trong pha khí: Tổng hợp VA từ axetylen và axit axetic trong pha khí là một phương pháp hiệu quả có nhiều ưu điểm phương pháp trong pha lỏng và được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp. Mặt khác nguyên liệu etylen cũng rồi rào và dẻ tiền hơn các nguồn nguyên liệu khác, đặc biệt ngày nay ngành công nghiệp khai thác và chế biến khí phát triển mạnh là nguồn nguyên liệu rồi rào và rẻ tiền cho quá trình tổng hợp VA nói riêng, cho tổng hợp hữu cơ nói chung. Tuy nhiên vấn đề tách sản phẩm ra khỏi hỗn hợp khí đòi hỏi phải có trình độ, công nghệ khá phức tạp. Các yếu tố ảnh hưởng Quá trình được thực hiện với xúc tác dị thể : Pd/ SiO2 , Al2O3 hoặc alumosilicat với phụ gia là axetat natri. Xúc tác có chứa một lượng muối đồng nhằm thực hiện chức năng là chất mang thúc đẩy sự oxi hoá Pdo Pd + 1/2 O2 + 2 CH3COOH Pd 2+ + H2O + 2CH3COO - Pd 2+ + CH2= CH2 + CH3COOH Pd + CH2= CH - OCOCH3 + 2 H+ Sản phẩm phụ chủ yếu là CO2 và các hợp chất còn lại như CH3CHO , etyliden axetat … chiếm khoảng 1% , do khoảng 10% C2H4 tham gia phản ứng đã biến đổi thành CO2. Quá trình được tiến hành ở to = 175 ¸ 200 OC , áp suất là 70 ¸ 140 psia. Nhiệt độ của quá trình lớn hơn hay nhỏ hơn khoảng nhiệt độ trên đều làm giảm hiệu suất sản phẩm. Lúc đầu hoạt tính xúc tác cao, nhiệt độ làm việc thích hợp là 1750C,sau một thời gian làm việc hoạt tính xúc tác giảm dần do có một lượng cốc bám trên bề mặt xúc tác,vì vậy để hiệu suất không giảm ta phải nâng nhiệt độ lên 200¸2100C. Tỷ lệ giửa số mol C2H4 và CH3COOH. Để hiệu suất sản phẩm cao nhất thì tỷ lệ số mol giửa C2H4 và CH3COOH tốt nhất là 9:1. Nếu lượng C2H4 nhỏ hơn hiệu suất giảm, ngược lại thì sẽ tốn C2H4 nguyên liệu. ảnh hưởng của mức độ chuyển hoá axít axetic. Ngoài sản phẩm chính ra quá trình còn có một lượng nhỏ các sản phẩm phụ là :etyliden diaxetat, axeton do axít axetic phân huỷ; axetadehyl tạo do VA phân huỷ.Vì vậy để đạt được hiệu suất sản phẩm cao nhất phải khóng chế nhiệt độ chuyển hoá axít axetic. Khí đó hiệu suất sản phảm sẽ đạt được từ 91¸95% tính theo axít axetic. Sơ đồ công nghệ và nguyên lý hoạt động Sơ đồ công nghệ Nguyên lý hoạt động Hỗn hợp gồm C2H4 mới cùng với C2H4 hồi lưu cùng với CH3COOH được đun nóng trong thiết bị đun nóng (1) lên 120 OC rồi được trộn với O2 và đưa vào thiết bị phản ứng dạng ống chùm (2) , duy trì ở nhiệt độ to = 175¸200 OC , áp suất p = 70 ¸ 140 psia với lớp xúc tác được đặt cố định trong các ống . Hỗn hợp phản ứng sau đó được làm lạnh và ngưng tụ trong ống sinh hàn (4) nhằm tách riêng pha lỏng và pha khí . Tiếp theo , pha khí được đưa qua tháp (5) để rửa với propylen glycol , hỗn hợp ra từ đáy tháp (5) được đưa vào tháp nhả hấp thụ nhằm tách VA ra, còn hỗn hợp ra từ đỉnh tháp (5) được đưa qua tháp (6) để rửa với dung dịch cacbonat nóng , khí thoát ra từ đỉnh tháp (6) là C2H4 được tuần hoàn trở lại thiết bị phản ứng, còn hỗn hợp ra từ đáy tháp (6) được đưa qua tháp nhả hấp thụ nhằm tách và loại bỏ khí CO2. Về pha lỏng , sau khi ra khỏi thiết bị (4) được đưa vào tháp chưng cất đồng sôi (7) , hỗn hợp ra từ đỉnh tháp (7) được đưa sang tháp chưng phân đoạn VA (8), tại đây ta thu được các phân đoạn nhẹ trước tiên rồi đến VA (thoát ra từ đỉnh) và cuối cùng là các chất bẩn nặng(thoát ra từ đáy) , còn hỗn hợp ra từ đáy tháp (7) được đưa sang tháp chưng phân đoạn CH3COOH (9) , CH3COOH thoát ra từ đỉnh được bơm tuần hoàn lại thiết bị phản ứng (2) còn phần đáy là các chất bẩn nặng. Nhận xét Quá trình tổng hợp VA từ C2H4 và CH3COOH trong pha khí không những tránh được vấn đề ăn mòn thiết bị mà còn hạn chế được sự hình thành CH3CHO theo phương trình CH2= CH2 + H2O + PdCl2 CH3CHO + Pd + 2HCl Hiệu suất tính theo C2H4 đạt 91¸95% và quá trình chuyển hoá của axit axetic là 15 ¸30% , của C2H4 là 10 ¸ 15% và của O2 là 60 ¸ 90%. Quá trình tổng hợp VA từ C2H4 và CH3COOH trong pha khí đã được phát triển bởi các hãng USI Chemicals tại Mỹ và hãng Bayer tại Đức. Hiện nay , quá trình này đang được hãng Celanese tại Mỹ sử dụng để sản xuất VA với công suất 200 triệu pound / năm và hãng Bayer sản xuất với công suất 300 triệu pound/năm. (Trong dây chuyền mà có một thiết bị phản ứng chính thì có thể sản xuất ra hơn 100 triệu pound/năm). Cả hai hãng USI Chemicals và Bayer đã cho phép 6 công ty ở Nhật sử dụng công nghệ của hãng để lắp đặt dây chuyền thiết bị sản xuất VA với công suất 512 triệu pound/năm. QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP VA TỪ ETYLIDEN DIAXETAT I,1. Khái niệm chung Quá trình này đã được Hãng Celanese ở Pampa, Texas – Mỹ sử dụng để sản xuất ra VA và năm 1953 đã sản xuất với sản lượng là 65 triệu pound một năm. Quá trình này trải qua hai giai đoạn. Giai đoạn thứ nhất là phản ứng giữa axetaldehyt và alhydrit axetic để tạo thành Etyliden diaxetat. Giai đoạn thứ hai là sự nhiệt phân của Etyliden diaxetat trong tháp cracking để tạo thành VA. Các phản ứng xảy ra : Giai đoạn thứ nhất Xúc tác tO cao CH3CHO + (CH3CO)2O CH3CH(OCOCH3)2 Giai đoạn thứ hai Hiệu suất tạo thành : 75% CH3COOH + CH2 = CH - OCOCH3 Hiệu suất tạo thành : 25% CH3CH(OCOCH3)2 CH3CHO + (CH3CO)2O Để giảm tới mức tối thiểu khả năng xảy ra phản ứng tạo thành (CH3CO)2O và CH3CHO thì Hãng Celanese đã sử dụng một loại xúc tác mới là axit sunfonic thơm ( RSO3H ) nhằm làm tăng mức độ chuyển hoá của phản ứng tạo thành VA , tức là tăng hiệu suất tạo thành VA. II,2. Sơ đồ công nghệ và nguyên lý hoạt động Sơ đồ công nghệ. c. Nguyên lý hoạt động Hỗn hợp nguyên liệu gồm CH3CHO và (CH3CO)2O được đưa vào thiết bị phản ứng với sự có mặt của xúc tác RSO3H để nâng nhiệt độ lên tạo thành etyliden axetat CH3CH (OCOCH3)2. CH3CH (OCOCH3)2 sau đó được dẫn tới tháp cracking để phân huỷ CH3CH (OCOCH3)2 tạo thành VA.Sản phẩm sau khi tạo thành (sau giai đoạn hai ) sẽ được đưa đi tinh chế bằng cách đưa qua các tháp chưng phân đoạn. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP KHÁC III.1. Phương pháp tổng hợp VA từ CH3CHO và CH3COCl 50OC¸60OC -10OC pyridin 82% -HCl Cl CH3CHO + CH3COCl CH3- CH-OCOCH3 VA III.2. Phương pháp tổng hợp VA từ CH2= CH-Cl và CH3COONa PdCl2 50¸75OC CH2= CH-Cl + CH3COONa CH2= CH-OCOCH3 + NaCl III.3. Phương pháp tổng hợp VA từ isopropylaxetat và CH3CHO 120OC CH3 CH3COO - C = CH2 + CH3CHO CH2=CH-OCOCH3 + O + CH3- C - CH3 Phản ứng xảy ra trong thời gian là 4 giờ III. 4.Phương pháp tổng hợp VA từ ClCH2- CH2Cl và CH3COOH to ClCH2- CH2Cl + CH3COOH CH3COOCH2 - CH2- OCOCH3 + 2HCl CH3COOCH2 - CH2- OCOCH3 CH2 = CH - OCOCH3 + CH3COOH. III.5. Phương pháp tổng hợp VA từ metylaxetat , CO và H2 2CH3COOCH3 + 2CO + H2 (CH3COO)2CHCH3 + CH3COOH Phản ứng xảy ra trong pha lỏng ở to = 150 OC , áp suất p= 7 MPa , sử dụng xúc tác là muối Rodi với Metyliotua và amin. Sau đó (CH3COO)2CHCH3 phân huỷ thành VA (CH3COO)2CHCH3 CH2= CHOCOCH3 + CH3COOH CH3COOH tạo ra có thể cho tham gia vào quá trình tái sinh hoá este thành CH3COOCH3 khi sử dụng CH3OH. CH3COOH + CH3OH CH3COOCH3 + H2O Do đó thực chất đây là quá trình sử dụng CH3OH và khí tổng hợp ( CO, H2 ) để tổng hợp VA. Các sản phẩm phụ được hình thành trong tất cả các giai đoạn phản ứng, nên việc tách chúng ra khỏi sản phẩm tinh khiết là rất tốn kém. Do đó việc sử dụng phương pháp này vào sản xuất VA phụ thuộc rất lớn vào giá trị nguyên liệu ban đầu PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT VA TỪ AXETYLEN VÀ AXIT AXETI._.C. Đây là công nghệ được chọn thiết kế sản xuất nên sẽ được trình bày cụ thể và chi tiết ở phần này. 1.Khái niệm chung: Quá trình tổng hợp VA từ C2H2 và CH3COOH dựa vào phản ứng : CH º HC + CH3COOH CH3COOCH= CH2 Phản ứng này có thể được tiến hành trong pha lỏng hoặc pha khí. Vào những năm 70 , VA chủ yếu được sản xuất ra dựa trên phản ứng này.Theo thống kê năm 1968 từ sáu công ty tại Mỹ thì Mỹ đã sản xuất với sản lượng là 710 triệu pound/năm dựa trên công nghệ tổng hợp VA từ C2H2 và CH3COOH. Bảng số liệu về sản lượng của các công ty Tên công ty Sản lượng (triệu pound/năm) Nơi sản xuất Quá trình sử dụng Air Reduction 95 Calvert ( Kentucky ) Wacker Borden 150 Geismar ( Louisiana ) Borden – Blaw –Knox DuPont 75 Niagara Falls ( N.Y ) Wacker Monsanto 80 Texas ( Texas ) Monsanto –Scientific Design National Starch 50 Long Mott ( Texas ) Wacker Union Carbide 250 South Charleston ( W.Va ) Texas ( Texas ) Wacker Wacker Còn ở Tây Âu thì sản xuất VA với tổng sản lượng là 530 triệu pound/năm. Tiến hành trong pha lỏng Phản ứng chính CH3COOH + HC º CH CH3COO - CH = CH2 + 28,3Kcal Phản ứng phụ Là phản ứng cộng của axit axetic với VA tạo thành Etyliden diaxetat CH2=CH-OCOCH3 + CH3COOH CH3CH(OCOCH3)2 ; DH= 6,2Kcal Cơ chế HgSO4 CH º CH + HgSO4 HC = CH HgSO4 HC = CH + CH3COOH HgSO4 + CH2 = CH - OCOCH3 Xúc tác Xúc tác dùng trong pha lỏng là muối thuỷ ngân của các axit khác nhau : axit sunforic , axit photphoric… Xúc tác có hoạt tính tốt nhất là khi ta cho oxit thuỷ ngân HgO tác dụng với axit axetic và Oleum ở nhiệt độ thường . Để tăng hoạt tính của xúc tác , tăng khả năng chọn lựa của xúc tác và hạ thấp nhiệt độ của quá trình , người ta thêm vào BF3. ở một số nước người ta dùng xúc tác có thành phần như sau : ( tính cho 1 Kg axit Axetic ) HgO » 4g BF3 » 1,0 ¸ 1,5 g HF » 0,5 g Sau một thời gian làm việc xúc tác bị mất hoạt tính dần và phải đem đi tái sinh. Nhiệt độ Nhiệt độ phản ứng ảnh hưởng rất nhiều đến hiệu suất VA . Nhiệt độ càng cao thì phản ứng tạo ra sản phẩm phụ càng nhiều như : etyliden diaxetat , axetal dehyt , H2O … Do đó không nên duy trì nhiệt độ lớn hơn 80 OC . Nếu nhiệt độ thấp quá , vận tốc phản ứng nhỏ , lượng VA tạo thành sẽ bị giữ lại trong dung dịch phản ứng và do đó dễ bị trìng hợp . Với loại xúc tác HgSO4 thì nhiệt độ duỳ trì thông thường là 70 ¸75 OC Vận tốc axetylen Vận tốc axetylen thổi vào dung dịch phản ứng phải tương đối lớn để đẩy nhanh VA ra khỏi dung dịch phản ứng . Vì vậy phải cho dư C2H2 và lượng C2H2 chưa phản ứng phải được cho tuần hoàn lại. Một nghiên cứu gần đây cho thấy rằng , điều kiện tốt nhất cho quá trình tổng hợp VA từ C2H2 trong pha lỏng là đưa C2H2 ở nhiệt độ 45OC với tốc độ 0,8 lít/ phút vào 240g axit axetic ở dạng huyền phù với 10g HgO ,5g Fe2O3 và 4g H2SO4. Độ sạch của C2H2 và CH3COOH C2H2 và CH3COOH phải khô và sạch. Vì nếu có H2O thì C2H2 sẽ tác dụng với CH3COOH tạo thành axetaldehyt . Trong C2H2 phải không có các hợp chất chứa lưu huỳnh , phôt pho , Arsenic…vì nó là những chất gây ngộ độc xúc tác. Các sản phẩm của quá trình: Sản phẩm của quá trình ngoài sản phẩm phẩm chính là VA còn có các sản phẩm phụ như : axtadehyt, axeton, metyl axetat, khá nhiều etyliden diaxetat, và nguyên liệu chưa phản ứng hết. Sơ đồ công nghệ và nguyên lý hoạt động Sơ đồ công nghệ ( trang 30 ). Nguyên lý hoạt động: Hỗn hợp axit axtic và anhydrit axetic được đưa vào thiết bị trộn xúc tác ( f ), nhờ đó mà xúc tác muối thuỷ ngân hoặc phôtpho sẽ được phân tán đều trong hỗn hợp axit axtic và anhydrit axetic. Sau đó hỗn hợp này được đưa tới thiết bị phản ứng (a). Axetylen được thổi vào vào thiết bị phản ứng (a) từ phía dưới bằng quạt gió (b). Thiết bị phản ứng được giữ ở 75 ¸ 80 OC. Sản phẩm VA tạo thành cùng với C2H2 chưa phản ứng và các sản phẩm phụ thoát ra ở đỉnh thiết bị phản ứng (a) được tới thiết bị ngưng tụ hồi lưu (c) được duy trì ở nhiệt độ 67 ¸ 74 OC để ngưng tụ các chất có nhiệt độ sôi cao. Sau đó VA thô được phân tách bởi quá trình làm lạnh bằng H2O trong thiết bị (d) và làm lạnh bằng muối trong thiết bị (e) và cuối cùng VA thô được đưa vào tháp chưng cất để thu được VA tinh khiết. C2H2 chưa phản ứng được tuần hoàn trở lại trộn với C2H2 mới để đưa vào thiết bị phản ứng. Nhận xét Quá trình tổng hợp VA từ C2H2 và CH3COOH trong pha lỏng có ưu điểm là vốn đầu tư cho dây chuyền thiết bị thấp. Tuy nhiên có nhược điểm là tiêu tốn nhiều xúc tác HgO ( lượng VA tạo thành bằng lượng HgO tiêu tốn ), xúc tác rất độc và có tính gây ăn mòn thiết bị , lượng VA tạo thành thấp ( theo lý thuyết là 75% tính theo CH3COOH và 80% tính theo C2H2 ). Lượng Etyliden diaxetat tạo thành tương đối nhiều do VA bị ngưng tụ trong thiết bị phản ứng và tác dụng với CH3COOH, không những thế khi VA bị ngưng tụ sẽ tạo ra polime trong thiết bị phản ứng. Tiến hành trong pha khí Khái niệm chung Để khắc phục những nhược điểm của phương pháp tổng hợp VA trong pha lỏng người ta đã tiến hành tổng hợp VA trong pha khí. Quá trình tổng hợp VA trong pha khí được phát triển từ năm 1921 bởi hãng Consortium và được sử dụng vào trong công nghiệp năm 1928 bởi Wacker- Chemie rồi sau đó được Farbwerke Hoechst cải tiến thêm. Và trong suốt chiến tranh thế giới thứ hai , dây chuyền thiết bị của Hoechst đã sản xuất 25 triệu pound/năm. Phản ứng chính CH3COOH + HC º CH CH3COO - CH = CH2 + 28,3 Kcal / mol. Đây là quá trình xúc tác dị thể . Xúc tác cho quá trình là axetat kẽm (Zn(CH3COO)2) trên chất mang là than hoạt tính. Phản ứng được thực hiện trong pha khí ở to = 180 ¸ 220 OC và áp suất thường ( áp suất khí quyển ) Cơ chế của phản ứng bao gồm : Các giai đoạn hấp phụ hoá học C2H2 tạo thành phức p . Với ion kẽm, sau đó là sự tấn công của phân tử C2H2 ( đã được hoạt hoá bằng ion axetat ) và cuối cùng là tác dụng với CH3COOH. +C2H2 Zn2+(CH3COO)2- Zn+OCOCH3- +CH3COOH Zn2+(CH3COO)2- HC º CH [CH = CHOCOCH3] Zn2+(CH3COO)2- + CH2 = CH - OCOCH3 Phản ứng phụ : VA tạo thành có khả năng kết hợp tiếp tục với axit axetic ( CH3COOH ) để tạo ra etylidendiaxetat, do vậy sẽ xuất hiện một hệ phản ứng song song - nối tiếp. +CH3COOH +CH3COOH HC º CH CH2 = CH-OCOCH3 CH3 - CH(OCOCH3)2. Giai đoạn đầu xảy ra với vận tốc lớn hơn nhiều so với giai đoạn thứ hai, tuy nhiên vẫn cần phải có một lượng dư C2H2 so với CH3COOH để hạn chế tối đa sự tạo thành Etylidendiaxetat. Sự thuỷ phân của C2H2 tạo ra axetaldehyt HC º CH + H2O CH3CHO Quá trình xetôn hoá axit tạo ra xetôn 2CH3 - COOH CH3 - CO - CH3 + CO2 + H2O Quá trình trùng hợp của một số chất trong hệ phản ứng, kết quả là tạo thành các hợp chất nhựa. Các yếu tố ảnh hưởng Xúc tác Xúc tác dùng cho phương pháp này là axetat kẽm mang trên chất mang là than hoạt tính , silicagen , oxit nhôm … ở một số nước người ta dùng xúc tác là axetat Cadimi và axetat canxi nhưng hiệu suất không cao. ở nhà máy thổng hợp VA của Đức đã chuẩn bị xúc tác như sau : ngâm các hạt than hoạt tính có kích thước từ 3 ¸ 5 mm bằng dung dịch axetat kẽm tính như thế nào để cứ 100 phần trọng lượng than ngấm 15 phần trọng lượng kim loại kẽm. Than sau khi ngấm được đem đi sấy ở 160 ¸170OC và sau đó đem sử dụng. Loại xúc tác này có thể ổn định trong thời gian làm việc là hai tháng , sau đó nó bị mất hoạt tính dần. Độ hoạt tính của xúc tác càng giảm càng phải tăng nhiệt độ của quá trình. Nhưng khi nhiệt độ tăng quá 230 OC thì xúc tác gần như bị mất hoạt tính hoàn toàn. Lượng xúc tác đem dùng cũng ảnh hưởng nhiều đến khả năng chuyển hoá của axit axetic. Tăng lượng xúc tác từ 10g đến 30g trên 1 lít axetylen trong một giờ thì hiệu suất chuyển hoá tăng lên. Nhưng nếu lượng xúc tác nhỏ hơn 10g và lớn hơn 30g thì hiệu suất chuyển hóa lại giảm đi. Nếu lượng xúc tác lớn hơn 30g trên 1 lít C2H2 / 1giờ thì xúc tác bao phủ trên chất mang thành nhiều lớp và sự bao phủ đó mang tính chất cơ học, ít mang tính chất hoá học , do đó khi nhiệt đọ tăng xúc tác dễ bị tách khỏi chất mang và bị cuốn theo khí phản ứng ra ngoài. Nếu lượng xúc tác ít hơn 10g trên 1 lít C2H2 / 1 giờ thì nó sẽ không đủ để bao phủ bề mặt xúc tác và do đó độ hoạt tính kém. 50 60 70 80 90 100 10 20 30 Lượng xúc tác (g/ lít C2H2 / giờ) % CH3COOH chuyển hoá Biểu đồ biểu diễn sự phụ thuộc % chuyển hoá của CH3COOH vào lượng xúc tác Các nguyên nhân làm giảm hoạt tính của xúc tác là : Axetylen bị trùng hợp, VA trùng hợp tạo nên các polime bao phủ bề mặt xúc tác . Axetat kẽm bị bay hơi trong quá trình phản ứng. Axetylen bị trùng hợp , phản ứng tỏa nhiều nhiệt gây đun nóng cục bộ làm xúc tác bị phân huỷ. Axetylen không sạch có chứa các chất độc đối với xúc tác. Vấn đề hoàn thiện xúc tác , chọn xúc tác có hoạt tính cao, chọn chất mang có độ phân tán lớn và thích hợp là vấn đè hiện còn đang được nhiều nhà sản xuất nghiên cứu. Nhiệt độ Nhiệt độ thích hợp với loại xúc tác như trên là 180 ¸ 220OC . ở nhiệt độ thấp hơn thì hiệu suất kém và ở nhiệt độ quá cao thì dễ làm xúc tác bị giảm hoạt tính. 170 180 190 Nhiệt độ phản ứng, OC 60 70 80 90 100 % CH3COOH chuyển hoá 200 Biểu đồ biểu diễn sự phụ thuộc % chuyển hoá của CH3COOH vào nhiệt độ Vận tốc thể tích Vận tốc thể tích càng nhỏ ( nghĩa là thời gian tiếp xúc giữa hỗn hợp khí và xúc tác càng lớn ) thì mức độ chuyển hoá càng tăng . Nhưng nếu vận tốc thể tích quá nhỏ thì hiệu suất VA lại giảm vì trong khí sản phẩm có nhiều sản phẩm phụ. Với vận tốc thể tích thông thường thì mức độ chuyển hoá đạt 60 ¸ 70 %. Tỷ lệ số mol C2H2 / CH3COOH Tỷ lệ số mol C2H2 / CH3COOH tốt nhất cho hiệu suất chuyển hoá cao nhất là : 8 ¸10 : 1 . Nhưng trong thực tế sản xuất người ta chỉ cho dư C2H2 từ 4 ¸ 5 lần, tức là tỷ lệ số mol C2H2 / CH3COOH tốt nhất là 4:1 ¸ 5:1 , vì tăng lượng C2H2 dư nhiều hơn nữa thì hiệu suất chuyển hoá ít tăng mà lại phải tuần hoàn một lượng C2H2 lớn. Axetylen và axit axetic phải khô để tránh phản ứng hydrat hoá. Đồng thời cần phải làm sạch C2H2 hết những chất gây ngộ độc xúc tác , nhất là C2H2 được sản xuất từ cacbua canxi vì thường chứa nhiều H2S và H3P. Sản xuất VA theo phương pháp pha hơi nếu khống chế được các điều kiện kỹ thuật nghiêm ngặt thì ta có thể đạt được hiệu suất cao ( 97-98% so với lượng axit axetic hao tốn ) Động học của quá trình Zn(CH3COO)2/Than C* C2H2 + CH3COOH CH2 = CH - OCOCH3 Khi nghiên cứu phản ứng trong ống có xúc tác tương tự ở nhiệt độ từ 165 ¸ 210OC người ta thu được phương trình tốc độ phản ứng C2H2 CH3COOH w = k.P . P C2H2 k.P . P CH3COOH 1- k.P CH3COOH w = So sánh kết quả tính toán động học trong điều liện tĩnh ở p = 120mmHg và to= 160 OC với kết quả tính toán sự hấp phụ C2H2 và CH3COOH trên xúc tác Zn(CH3COO)2 / Than C * các tác giả đã đưa ra phương trình tốc độ phản ứng : Một trong những nguyên nhân gây nên sự khác nhau của các kết quả tính toán động học rất có thể là tính đẳng nhiệt của lớp xúc tác không được đảm bảo. Những sự khác nhau có thể là do xác định trong các điều kiện khác nhau như thay đổi nhiệt độ , nồng độ cấu tử … Hiệu ứng của phản ứng có giá trị D H 298o = -28,3 kcal/mol Thiết bị phản ứng: Thiết bị phản ứng là loại thiết bị trao đổi nhiệt ống trùm, có nhiệm vụ thực hiện phản ứng vinyl hoá,(đưa nhóm vinyl vào phân tử axit axetic trên xúc tác kẽm mang trên than hoạt tính. Lớp xúc tác được đặt trong ống đệm với kích thước được định sẵn. Nguyên lý làm việc của thiết bị là : Nguyên liệu sau khi đã được nâng tới nhiệt độ phản ứng (nhờ trao đổi nhiệt với sản phẩm) được đưa vào thiết bị phản ứng từ trên xuống qua các ống xúc tác. Dầu tải nhiệt đi từ dưới lên bên ngoài các ống trùm có chứa xúc tác để lấy bớt nhiệt phản ứng mang ra ngoài. Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của dây chuyền: Sơ đồ công nghệ(trang 37). Nguyên lý hoạt động: Khí C2H2 mới và khí khí C2H2 tuần hoàn được đưa vào thiết bị trộn khí (1) rồi đưa sang thiết bị bốc hơi (3). Axit axetic mới và axit axetic tuần hoàn được trộn lẫn trong thiết bị trộn (2) rồi đưa sang thiết bị bốc hơi (3). Trong thiết bị (3) , nhiệt độ được duy trì ổn định ở 60 OC (Cần khống chế nghiêm khắc nhiệt độ trong thiết bị bốc hơi (3) để có thành phần khí theo yêu cầu. Nếu khống chế nhiệt độ ở 60OC thì ta nhận được hỗn hợp khí có 23% trong lượng axit axetic) và khí axetylen được thổi qua axit axetic với vận tốc đã được điều chỉnh sao cho axetylen bão hoà hơi axit axetic với tỷ số cần thiết. Sau khi ra khỏi thiết bị (3), hỗn hợp khí được đưa sang thiết bị truyền nhiệt (4) và được đun nóng nhờ nhiệt của khí phản ứng lên đến khoảng 170OC tuỳ thuộc nhiệt độ làm việc trong thiết bị phản ứng, và cuối cùng hỗn hợp khí được đưa vào thiết bị phản ứng (5), tại đây nhiệt độ được duy trì trong khoảng từ 170 OC đến 210 OC tuỳ thuộc vào xúc tác ( khi xúc tác còn mới thì nhiệt độ là 170 ¸ 180 OC , còn khi xúc tác đã cũ thì nhiệt độ là 205 ¸ 210 OC). Có thể dùng hơi áp suất cao hay dầu để khống chế nhiệt độ. Thiết bị phản ứng (5) có dạng ống chùm, trong ống chất đầy xúc tác, dọc theo các ống phản ứng ta đặt các pin nhiệt điện để theo dõi và khống chế nhiệt độ, dầu tải nhiệt đi ở bên ngoài ống. Sau đó khí sản phẩm được đưa qua thiết bị truyền nhiệt (4) và vào xyclon tách bụi (6) để phân riêng bụi xúc tác (bụi cacbon). Sau đó hỗn hợp khí sản phẩm (gồm VA và các sản phẩm khác) sẽ được đưa vào ba thiết bị ngưng tụ (7),(8),(9) để tiến hành ngưng tụ từng bậc nhằm tách riêng các chất ( Việc làm lạnh từng bậc cho phép tiết kiệm được chất làm lạnh ở nhiệt độ thấp). Trước tiên là đưa vào tháp (7) làm lạnh bằng nước, khí ra có nhiệt độ 40OC, rồi đến tháp (8) được làm lạnh bằng nước muối , khí ra có nhiệt độ 10OC và cuối cùng là tháp (9) được làm lạnh bằng NH3 lỏng , khí ra có nhiệt độ 0OC. Phần ngưng tụ ở thiết bị (9) được đưa vào thiết bị phân riêng khí (11) để tách riêng C2H2 và dùng bơm tuần hoàn (10) để đưa C2H2 tuần hoàn lại thiết bị trộn khí (1), một phần khí tuần hoàn được đem làm sạch vì sau nhiều quá trình tuần hoàn trong axetylen xảy ra hiện tượng tích tụ khí trơ. Phần ngưng tụ ở thiết bị (7),(8),(9) chủ yếu là VA (60 ¸ 70%), axit axetic chưa phản ứng (30 ¸ 40%), một ít axetaldehyt, axeton và phân đoạn nặng etyliden diaxetat (EDA). Phần ngưng tụ này được đưa vào thùng chứa (12) rồi đưa đi tinh luyện. Để tránh VA trùng hợp thì người ta phải cho thêm chất ức chế (thường là Hydroquynol) vào thùng chứa (12) trước khi đưa đi tinh luyện. Hỗn hợp sản phẩm thô từ thùng chứa (12) đưa qua thiết bị trao đổi nhiệt (14) để gia nhiệt hỗn hợp trước khi vào tháp chưng luyện (15). Tại tháp (15) ta thu được các chất có nhiệt độ sôi thấp : axetaldehyt , axeton. Hỗn hợp đi ra ở đáy tháp (15) được đưa sang tháp tách CH3COOH (16), ở đáy tháp ta thu được CH3COOH và cho qua bơm tuần hoàn về thiết bị trộn CH3COOH (2). Hỗn hợp đi ra khỏi tháp (16) sau khi cho qua thiết bị ngưng tụ (20) được đưa vào tháp tách VA (17) , tại đây ta thu được VA ở đỉnh tháp và thu được phân đoạn nặng EDA ở đáy tháp. Nhận xét Hiện nay phương pháp sản xuất VA theo pha hơi có nhiều triển vọng phát triển vì đạt được hiệu suất cao hơn pha lỏng. Xúc tác cũng rẻ tiền hơn. Nhưng cũng có nhược điểm là tiến hành ở nhiệt độ cao hơn và C2H2 cần phải làm sạch trước khi đem dùng , nhưng các nhược điểm đó đang dần được khắc phục nên phương pháp sản xuất VA theo pha hơi vẫn được nhiều nước áp dụng rộng rãi. Cần lưu ý rằng hơi VA rất độc , VA rất dễ bị trùng hợp nên không giữ VA quá 24 giờ mà không có chất ổn định. Chất ổn định tốt nhất là diphenyl amin ( 0,01 ¸ 0,02% ) hoặc Hydroquinon. Các thiết bị sản xuất VA có thể bị ăn mòn do axit nên phải làm bằng nhôm và thép không gỉ. Sau khi thu được VA thì đem chứa VA trong các thùng nhôm , sắt hoặc thép để vận chuyển hoặc có thể đưa ngay sang phân xưởng trùng hợp thành PVA. Nếu hạ thấp nhiệt độ thì có thể giữ VA trong thời gian lâu hơn. PHẦN 2 TÍNH TOÁN A. CẰNG VẬT CHẤT Tính toán phân xưởng sản xuất VA với năng suất dây truyền là 150.000 tấn / năm Với thành phần nguyên liệu như sau C2H2 kỹ thuật ( theo thể tích,% ) CH3COOH kỹ thuật ( theo khối lượng,% ) C2H2 N2 O2 CH2 = CH - C º CH 96 2,6 0,4 1 CH3COOH Tạp chất 98 2 Sử dụng công thức sau để quy đổi nồng độ của C2H2 kỹ thuật ra nồng độ % khối lượng : Trong đó : X i là phần kmol của các cấu tử M i là khối lượng phân tử của các cấu tử Coi các chất khí ở điều kiện tiêu chuẩn nên ta có phần mol của các chất khí tỉ lệ với phần thể tích của các chất khí đó. Do đó ta có = 0,96 kmol / kmol ; = 26 kg / kmol = 0,026 kmol / kmol ; = 28 kg / kmol = 0,004 kmol / kmol ; = 32 kg / kmol = 0,01 kmol / kmol ; = 52 kg / kmol Thay vào công thức trên ta có phần khối lượng của các chất là = = 0,9477 = = 0,0276 = = 0,0049 = = 0,0198 Ta có bảng số liệu sau C2H2 kỹ thuật ( theo khối lượng,% ) CH3COOH kỹ thuật ( theo khối lượng,% ) C2H2 N2 O2 CH2 = CH - C º CH 0,9477 0,0276 0,0049 0,0198 CH3COOH Tạp chất 98 2 Mức độ chuyển hoá : 95 % , trong đó 92 % C2H2 tạo thành VA còn 8 % tạo thành EDA ( Etyliden axetat ) . Tổn thất 2 % Dây truyền hoạt động liên tục 24 / 24 giờ . Dây truyền chỉ ngưng hoạt động khi các thiết bị đến kỳ kiểm tra , bảo dưỡng và sửa chữa. Do đó trong một năm ( 365 ngày ) thì trong đó có : 12 ngày dành cho việc kiểm tra và sửa chữa nhỏ. 10 ngày dành cho việc bảo dưỡng , thay thế các chi tiết bị hỏng hóc và việc sửa chữa lớn. Công việc được tiến hành định kỳ 6 tháng một lần. Ngoài ra có 3 ngày dự phòng do các sự cố bất thường xảy ra mà day chuyền phải ngừng sản xuất. Vậy số ngày làm việc thực tế của dây truyền sản xuất là : 365 - ( 2 ´10 + 12 + 3 ) = 330 ngày Năng suất của phân xưởng trong một giờ là : ( kg / h ) Đây chính là lượng sản phẩm ( VA ) tinh khiết đi ra khỏi tháp chưng luyện và đi vào thùng chứa sản phẩm. Do hiệu suất của hệ thống tháp chưng luyện là 96 % nên lượng VA đi vào hệ thống tháp chưng luyện là : ( kg / h ) Như vậy lượng vật chất bị mất mát ở hệ thống chưng luyện la : 19 728,535 - 18 939,394 = 789,141 ( kg/h ). Lượng vật chất ra khỏi hệ thống chưng luyện chính là lượng vật chất đi ra khỏi hệ thống 3 thiết bị ngưng tụ. Do hiệu suất của hệ thống 3 thiết bị ngưng tụ là 98% nên lượng vật chất đi vào hệ 3 tháp ngưng tụ là: ( kg / h ) Giả sử khi lượng VA đi vào hệ thống 3 tháp ngưng tụ và qua hệ thống 3 tháp chưng luyện để thành sản phẩm cuối cùng bị mất mát là 2% nên lượng VA thực tế đi vào hệ thống 3 tháp ngưng tụ là : ( kg/h ) Và đây chính là lượng VA đi ra khỏi thiết bị phản ứng. I.TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT CHO THIẾT BỊ PHẢN ỨNG I.1. Lượng vật chất đi vào thiết bị phản ứng Lượng vật chất vào thiết bị phản ứng bao gồm C2H2 , CH3COOH và các tạp chất ( N2 , O2 , vinyl axetylen (C4H4) và tạp chất do CH3COOH mang vào …) Tính lượng C2H2 tinh khiết cần đưa vào cho 1 lần phản ứng Theo lượng vật chất ra khỏi thiết bị phản ứng ( 20 542 kg / h ) và theo phương trình phản ứng sau ta có: Gọi x ( kg / h) là lượng C2H2 tinh khiết đã phản ứng để tạo ra VA (với độ chuyển hoá 95%) và EDA HC º CH + CH3COOH CH3COO - CH = CH2 (1) Theo PT 26 kg / h 86 kg / h (hiệu suất 100 %) Thực tế x kg / h 20 542 kg / h (hiệu suất 95%) Vì trong lượng C2H2 tinh khiết được đưa vào thì chỉ có 92% là chuyển hóa thành VA (với độ chuyển hóa là 95%) còn 8% là chuyển hóa thành EDA. Do đó x ở đây chính là 92% lượng C2H2 tinh khiết được đưa vào nên ta có Theo phương trình x . 86 = 26 . 20 542. Suy ra ( kg / h ). Và lượng C2H2 tinh khiết tham gia phản ứng tạo thành VA và EDA là: ( kg / h ). Suy ra 8% lượng C2H2 tinh khiết tham chuyển hoá thành EDA là : 8% ´ 6750,4 = 540 ( kg / h ). Nhưng do mức độ chuyển hoá của C2H2 chỉ đạt 95% nên lượng C2H2 tinh khiết cần đưa vào thiết bị phản ứng cho 1 lần phản ứng là : ( kg / h ) Lượng C2H2 còn lại không tham gia chuyển hoá tạo VA và EDA là : 7105,68 - 6750,4 = 355,28 ( kg / h ) Lượng này sẽ tham gia phản ứng tạo thành axetaldehyt ( CH3 CHO ). Giả sử trong 355,28 ( kg CH3 CHO / h ) chỉ có 5% lượng này tức là : 5%´ 355,28 ( kg / h) tham gia phản ứng tạo thành CH3 CHO theo phương trình : C2H2 + H2O CH3 CHO 26 kg C2H2 / h 44 kg CH3CHO / h 5%´ 355,28 kg C2H2 / h kg CH3CHO / h Do đó lượng CH3 CHO tạo thành là : ( kg / h ) Tính lượng CH3COOH tinh khiết cần phản ứng với C2H2 để tạo thành VA và EDA Tính lượng CH3COOH tinh khiết cần phản ứng với C2H2 để tạo thành VA Theo phương trình (1) ta có Cứ cho 60 kg CH3COOH / h tham gia phản ứng thì tạo thành 86 kg VA / h nên khi cho y kg CH3COOH / h tham gia ứng sẽ tạo thành 20542 kg VA / h. Suy ra lượng CH3COOH tinh khiết cần phản ứng với C2H2 để tạo thành VA là: ( kg / h ) Tính lượng CH3COOH tinh khiết cần phản ứng với C2H2 để tạo thành EDA HC º CH + 2CH3COOH CH3CH (OCOCH3)2 Theo PT: 26 kg / h 120 kg / h 146 kg / h Theo đề bài : 540 kg / h y1 kg / h y2 kg / h Suy ra lượng CH3COOH tinh khiết cần phản ứng với C2H2 để tạo thành EDA là: ( kg / h ) Và lượng EDA tạo thành là ( kg / h ) Do đó lượng CH3COOH tinh khiết cần phản ứng với C2H2 để tạo thành VA và EDA là : ( kg / h ) + Nhưng do hiệu suất chuyển hoá của CH3COOH là 99% nên lượng CH3COOH tinh khiết thực tế cần dùng là : ( kg / h ) tương ứng với ( kmol / h ). Lượng CH3COOH còn lại không tham gia chuyển hoá tạo VA và EDA là : 16993,88 - 16823,94 = 169,94 ( kg / h ). Lượng này sẽ tham gia phản ứng tạo thành axeton ( (CH3)2 CO ). Giả sử trong 27,49 ( kg (CH3)2 CO / h ) chỉ có 15% lượng này tức là 15%´ 169,94(kg / h) tham gia phản ứng tạo thành (CH3)2 CO theo phương trình : 2CH3 COOH (CH3)2 CO + CO2 + H2O 120 kg CH3COOH / h 58 kg (CH3)2 CO / h 15%´ 169,94 kg CH3COOH / h kg (CH3)2 CO / h Do đó lượng (CH3)2 CO tạo thành là : ( kg / h ) Và lượng CH3COOH còn dư là : 169,94 - 25,491 = 144,45 ( kg / h ) Vậy tổng lượng CH3COOH tinh khiết thực tế cần đưa vào là: 16993,88 ( kg / h ). Lượng CH3COOH tinh khiết này chiếm 98% khối lượng của CH3COOH kỹ thuật đưa vào , do đó lượng CH3COOH kỹ thuật đưa vào là : ( kg / h ) Tính lượng C2H2 kỹ thuật cần cho toàn bộ quá trình trong 1 giờ Trong thực tế sản xuất thì để hiệu suất quá trình đạt được cao nhất thì tỷ lệ số mol C2H2 / CH3COOH phải là 4 : 1. Do đó lượng C2H2 theo tỷ lệ là : 4 ´ 283,23 = 1132,92( kmol / h ). Tương ứng với : 1132,92 ´ 26 = 29 455,92 ( kg / h ). Số vòng có thể phản ứng của toàn bộ lượng C2H2 là : vòng Theo đề bài , lượng C2H2 tổn thất trong toàn bộ quá trình là 2% tương ứng với : ( kg / h ). Do đó lượng C2H2 bị mất mát sau 1 lần tham gia phản ứng là : ( kg / h ). Do vậy tổng lượng C2H2 tinh khiết đưa vào thiết bị phản ứng trong 1 giờ là : 29 455,92 + 589,12 = 30 045,04 ( kg / h ). Theo đề bài , lượng C2H2 chiếm 94,77% khối lượng C2H2 kỹ thuật được đưa vào thiết bị phản ứng. Từ đó suy ra : Lượng C2H2 kỹ thuật được đưa vào thiết bị phản ứng là : ( kg / h ) Vậy tổng lượng C2H2 kỹ thuật cần cho toàn bộ quá trình trong1giờ là: 31 962,81( kg ). Lượng tạp chất do nguyên liệu đầu mang vào Do C2H2 mang vào Lượng N2 : = ( kg / h ) Lượng O2 : = ( kg / h ) Lượng Vinyl axetylen ( C4H4 ) : = ( kg / h ) Do CH3COOH mang vào: Trong lượng CH3COOH kỹ thuật mang vào có 2 % là tạp chất , suy ra lượng tạp chất do CH3COOH mang vào là : Tạp chất của CH3COOH m = ( kg / h ) Do đó tổng lượng tạp chất do nguyên liệu đầu ( C2H2 và CH3COOH kỹ thuật) mang vào là: Tạp chất m = + + + mTạp chất của CH3COOH = 882,17 + 156,62 + 632,86 + 346,81 = = 2 018,46 ( kg / h ) I.2. Lượng vật chất đi ra khỏi thiết bị phản ứng Theo các số liệu tính toán có được từ phần trên , ta có : Lượng sản phẩm VA đi ra là : 20 542 ( kg / h ) Lượng sản phẩm phụ EDA tạo thành là : 3 032,31 ( kg / h ) Lượng CH3COOH tinh khiết còn dư và đi ra là bằng lượng CH3COOH tinh khiết thực tế đưa vào trừ đi lượng CH3COOH tinh khiết tham gia phản ứng tạo VA và EDA và (CH3)2CO , suy ra ta có : CH3COOH dư m =16 993,88-(14 331,63 + 2 492,31+25,491) = 144,45( kg / h ) Lượng C2H2 tinh khiết còn dư và đi ra là bằng lượng C2H2 tinh khiết thực tế đưa vào trừ đi lượng C2H2 tinh khiết tham gia phản ứng tạo VA và EDA và CH3CHO, suy ra ta có : C2H2 dư m = 30 045,04 – ( 7 105,68 + 5%´ 355,28 ) = 23 276,88 ( kg / h ) Lượng tạp chất đi ra bằng lượng tạp chất mang vào nên ta có : Lượng tạp chất của CH3COOH kỹ thuật là : 346,81 ( kg / h ) Lượng tạp chất của C2H2 kỹ thuật là : 1 671,65 (kg/h ). Bảng cân bằng vật chất tại thiết bị phản ứng Lượng vật chất vào Lượng vật chất ra Cấu tử Khối lượng ( kg / h ) Cấu tử Khối lượng ( kg / h ) C2H2 tinh khiết 30 045,04 Sản phẩm VA 20 542 CH3COOH tinh khiết 16 993,81 Sản phẩm phụ EDA 3 032,31 N2 882,17 C2H2 tinh khiết còn dư 23 276,88 O2 156,62 CH3COOH tinh khiết còn dư 144,45 Vinyl axetylen (C4H4) 632,86 N2 882,17 Tạp chất của CH3COOH 346,81 O2 156,62 Vinyl axetylen (C4H4) 632,86 Tạp chất của CH3COOH 349,81 CH3CHO 30,06 (CH3)2CO 12,32 Tổng lượng vật chất vào 49 057,38 Tổng lượng vật chất ra 49 056,48 II. TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT CHO HỆ THỐNG NGƯNG TỤ: II.1. Lượng vật chất đi vào hệ thống ngưng tụ: Lượng vật chất đi vào hệ thống ngưng tụ chính là lượng vật chất đi ra khỏi thiết bị phản ứng. Do đó lượng vật chất đi vào hệ thống ngưng tụ là : Bảng cấu tử đi vào thiết bị ngưng tụ Cấu tử Khối lượng ( kg / h ) Sản phẩm VA 20 542 Sản phẩm phụ EDA 3 032,31 C2H2 tinh khiết còn dư 23 276,88 CH3COOH tinh khiết còn dư 144,45 N2 882,17 O2 156,62 Vinyl axetylen (C4H4) 632,86 Tạp chất của CH3COOH 346,81 CH3CHO 30,06 (CH3)2CO 12,06 II.2. Lượng vật chất đi ra hệ thống ngưng tụ Khi đi vào hệ thống ngưng tụ thì các cấu tử sau bị ngưng tụ, đó là : VA, EDA, CH3COOH tinh khiết và tạp chất của CH3COOH, CH3CHO và (CH3)2 CHO. Còn lại C2H2 , N2 , O2 và C4H4 thì không bị ngưng tụ. Do hiệu suất làm việc của hệ thống ngưng tụ chỉ đạt 98% nên ta có : Lượng VA được ngưng tụ và đi vào bể chứa ( số (12) ) là : ( kg / h ) Suy ra lượng VA không bị ngưng tụ và được đưa tới thiết bị phân riêng khí ( thiết bị số (11) ) là : 20 542 –20 131,16 = 410,84 ( kg / h ) Lượng EDA được ngưng tụ và đi vào bể chứa ( số (12) ) là : ( kg / h ) Suy ra lượng EDA không bị ngưng tụ và được đưa tới thiết bị phân riêng khí ( thiết bị số (11) ) là : 3 032,31 – 2 971,66 = 60,65 ( kg / h ) Lượng CH3COOH ( tinh khiết và tạp chất ) được ngưng tụ và đi vào bể chứa ( số (12) ) là : ( kg / h ) Suy ra lượng CH3COOH ( tinh khiết và tạp chất ) không bị ngưng tụ và được đưa tới thiết bị phân riêng khí ( thiết bị số (11) ) là : ( 144,45 + 346,81 ) –481,43 = 9,83( kg / h ) Lượng CH3CHO được ngưng tụ và đi vào bể chứa ( số (12) ) là : ( kg / h ) Suy ra lượng CH3CHO không bị ngưng tụ và được đưa tới thiết bị phân riêng khí ( thiết bị số (11) ) là : 30 - 29,4 = 0,6 ( kg / h ) Lượng (CH3)2CO được ngưng tụ và đi vào bể chứa ( số (12) ) là : ( kg / h ) Suy ra lượng (CH3)2CO không bị ngưng tụ và được đưa tới thiết bị phân riêng khí ( thiết bị số (11) ) là : 12,32 - 12,07 = 0,25 ( kg / h ) Vậy ta có bảng cân bằng vật chất cho hệ thống ngưng tụ như sau : Lượng vật chất vào Lượng vật chất ra Cấu tử Khối lượng ( kg / h ) Cấu tử Khối lượng ( kg / h ) VA 20 542 VA ngưng tụ và vào (12) 20 131,16 EDA 3 032,31 EDA ngưng tụ và vào (12) 2 971,66 CH3COOH ( tinh khiết và tạp chất ) 491,26 CH3COOH tinh khiết và tạp chất ngưng tụ và vào (12) 481,43 CH3CHO 30,06 CH3CHO ngưng tụ và vào bể chứa (12) 29,4 (CH3)2CO 12,32 (CH3)2CO ngưng tụ và vào bể chứa (12) 12,07 C2H2 23 276,88 VA không ngưng và được đưa tới (11) 410,84 N2 882,17 EDA không ngưng và được đưa tới (11) 60,65 O2 156,62 CH3COOH ( tinh khiết và tạp chất ) không ngưng và được đưa tới (11) 9,83 Vinyl axetylen (C4H4) 632,86 CH3CHO không ngưng và được đưa tới (11) 0,6 (CH3)2CO không ngưng và được đưa tới (11) 0,25 C2H2 23 276,88 N2 882,17 O2 156,62 Vinyl axetylen (C4H4) 632,86 Tổng vào 49 056,48 Tổng ra 49 056,34 Tại thiết bị phân riêng khí ( thiết bị số (11) ) thì các cấu tử : VA không ngưng, EDA không ngưng, CH3COOH ( tinh khiết và tạp chất ) không ngưng, CH3CHO không ngưng, (CH3)2CO không ngưng, N2 , O2 , C4H4 sẽ được tách ra nhằm thu được C2H2 tinh khiết và cho lượng C2H2 này tuần hoàn trở lại thiết bị trộn C2H2 ( thiết bị số (1) ) nhờ máy nén khí ( thiết bị số (10) ). Do vậy lượng C2H2 được tuần hoàn trở lại thiết bị trộn C2H2 là 23 276,88 ( kg / h ) III. TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT CHO THIẾT BỊ CHƯNG III.1.cân bằng vật chất cho thiết bị chưng số ( 15 ) Lượng vật chất vào Lượng vật chất đi vào tháp chưng ( 15 ) chính là lượng vật chất đã được ngưng tụ và đi vào bể chứa ( 12 ), do đó ta có lượng vật chất đi vào tháp chưng ( 15 ) là : Cấu tử Khối lượng ( kg / h ) VA 20 131,16 EDA 2 971,66 CH3COOH tinh khiết và tạp chất 481,43 CH3CHO 29,4 (CH3)2CO 12,07 Lượng vật chất ra Tháp chưng ( 15 ) dùng để tách các cấu tử có nhiệt độ sôi thấp là CH3CHOvà (CH3)2CO. Do hiệu suất làm việc của tháp chưng ( 15 ) là 96% nên : Lượng CH3CHO được tách ra là : ( kg / h ) Suy ra lượng CH3CHO còn lẫn trong hỗn hợp và đi sang tháp chưng ( 16 ) là : 29,4 - 28,22 = 1,18 ( kg / h ) Lượng (CH3)2CO được tách ra là : ( kg / h ) Suy ra lượng (CH3)2CO còn lẫn trong hỗn hợp và đi sang tháp chưng ( 16 ) là : 12,07 - 11,09 = 0,48 ( kg / h ) Vậy ta có bảng cân bằng vật chất cho tháp chưng ( 15 ) như sau : Lượng vật chất vào Lượng vật chất ra Cấu tử Khối lượng ( kg / h ) Cấu tử Khối lượng ( kg / h ) VA 20 131,16 VA 20 131,16 EDA 2 971,66 EDA 2 971,66 CH3COOH tinh khiết và tạp chất 481,43 CH3COOH tinh khiết và tạp chất 481,43 CH3CHO 29,4 CH3CHO được tách ra 28,22 (CH3)2CO 12,07 (CH3)2CO được tách ra 11,59 CH3CHO còn lại và sang ( 16 ) 01,18 (CH3)2CO còn lại và sang ( 16 ) 0,48 Tổng vào 23 625,75 Tổng ra 23 625,72 III.2. cân bằng vật chất cho thiết bị chưng số ( 16 ) Lượng vật chất vào Lượng vật chất vào tháp chưng ( 16 ) chính là lượng vật chất đi ra từ đáy tháp chưng ( 15 ) , do đó lượng vật chất đi vào tháp chưng ( 16 ) là : Cấu tử Khối lượng ( kg / h ) VA 20 131,16 EDA 2 971,66 CH3COOH tinh khiết và tạp chất 481,43 CH3CHO 1,18 (CH3)2CO 0,48 Lượng vật chất ra Tháp chưng ( 16 ) d._. là số bổ sung do ăn mòn, bào mòn và dung sai về chiều dài ( m ) = + + [ II – 363 ] là bổ sung do ăn mòn , chọn = 1 ( mm ) là đại lượng bổ sung do hao mòn, coi = 0 do trong nguyên liệu không chứa các hạt rắn là đại lượng bổ sung do dung sai của chiều dày, chọn = 0,8 ( mm) [ II – 364] Suy ra = + + = 1 + 0 + 0,8 = 1,8 ( mm ) = 1,8.10 -3 ( m ) Từ các giá trị trên , thay vào công thức ta có dthân thiết bị = ( m ) Do = = 1420,35 > 50 nên ta có thể bỏ qua đại lượng ở mẫu số. [ II – 360] Suy ra dthân thiết bị = = = 2,93.10-3 ( m ) Chọn giá trị dthân thiết bị = 10 ( mm ) Tiến hành kiểm tra ứng suất của thành thiết bị theo áp suất thử (dùng nước) và giá trị của bề dày thân thiết bị vừa chọn áp suất thử po được xác định theo công thức : po = pth + p l ( N / m2 ) [ II – 366 ] Với +) pth là áp suất thử thuỷ lực ( N / m2 ) pth = plàm việc + 0,1 ( N / m2 ) [ II – 358 ] = 9,81.104 + 0,1.106 = 0,1981.106 ( N / m2 ) +) p l là áp suất thuỷ tĩnh của nước ( N / m2 ) p l = g. rl. Hl ( N / m2 ) g : gia tốc trọng trường , g= 9,81 m /s2 rl : khối lượng riêng của nước , rl = 1000 kg / m3 Hl : chiều cao cột chất lỏng, chính là chiều cao của thiết bị ( do khi dùng nước để kiểm tra ứng suất của thành thiết bị ta giả thiết là trong tháp chứa đầy nước ), do đó Hl =5 ( m ). Suy ra p l = 9,81 ´ 1000 ´ 5 = 0,04905.106 ( N / m2 ) Vậy áp suất thử po = pth + p l = ( 0,1981 + 0,04905 ).106 = 0,24715.106 ( N / m2 ) Kiểm tra ứng suất của thành thiết bị theo áp suất thử = £ [ II – 365 ] Trong đó : D là đường kính trong của thiết bị , D = 3,2 ( m ) là bề dày vừa chọn của thân thiết bị , = 10 -2 ( m ) là giới hạn bền chảy, = 220.10 6 ( N / m2) Suy ra = = 4 368 904,11 < =183,33.106 Điều này luôn thoả mãn. Do đó giá trị bề dày vừa chọn là thích hợp. Vậy bề dày của thân thiết bị là dthân thiết bị = 10 ( mm ). 6.Chọn ống dẫn và bích cho nguyên liệu đầu và sản phẩm. Ta thiết kế 3 thiết bị phản ứng làm việc song song đám bảo đúng năng suất theo yêu cầu. Như vậy lưu lượng thể tích của khí nguyên liệu đưa vào mỗi thiết bị là: fV1 = = 18032,6 (m3/h) = 5,01 m3/s Tốc độ trung bình của khí nguyên liệu vào chọn là: w = 15 (m/s) = 0,425 (m) Vậy ta có: Đường kính ống dẫn nguyên liệu vào: Do lượng tạp chất so với lượng khí nguyên liệu là không đáng kể nên ta chọn ống dẫn nguyên liệu có : dt =0,450 (m) Nguyên liệu vào sản phẩm ra đều ở thể khí và lượng vào bằng lượng ra nên gần đúng ta chọn ống dẫn sản phẩm ra có : dt’ = 0,450 (m) Chọn bích cho ống dẫn nguyên liệu đầu và sản phẩm Theo {II-420] chọn kiểu 1 Dt = 450 mm D0 = 461 D = 570 db : M16 Db = 530 Z = 20 cái DI = 500 h = 20 7. Chọn nắp và đáy thiết bị. Nắp và đáy thiết bị dạng elip có cùng một kích thước có chiều dày được xác định đường kính trong của thiết bị Đáy và nắp đều lỗ d = 461 (mm) - Chọn đáy và nắp có kích thước như sau: + Đường kính trong Dt = 3,2 m + Chiều dầy S = 10 mm + Chiều cao phần lồi hb = 800 (mm), h = 40 mm Chọn bích cho đáy và nắp Dt =3200 M27 D = 3370 Z = 64 cái Db = 3310 D1 = 3720 Các thông số về thiết bị phản ứng Thiết bị phản ứng là loại thiết bị trao đổi nhiệt có dạng ống chùm được cấu tạo từ vật liệu là thép cacbon không gỉ X17H13M2T. Thiết bị có kết cấu bù giãn nở bằng cách ghép vào vỏ thiết bị một vành có tính đàn hồi Thiết bị có : Đường kính là = 3,2 ( m ) Chiều cao là = 6,82( m ) Bề dày là dthân thiết bị = 10 ( mm ) Số ống truyền nhiệt là = 1027 ( ống ) với đường kính ngoài của mỗi ống là dng = 0,057 (m), bề dày ống là dống = 0,0035 (m), chiều dài ống là lống =5,0(m). Các ống được lắp trên mạng ống theo hình sáu cạnh đều và bằng cách hàn. PHẦN IV XÂY DỰNG GIỚI THIỆU CHUNG: Nhà máy sản xuất Vinyl Axetat từ nguyên liệu là Axetylen và Axit Axetic với công suất 150.000 tấn / năm được xây dựng tại vùng trung du Bắc Bộ thuộc ngoại thành Thành Phố Việt Trì - Tỉnh Phú Thọ. Đặc điểm nhà máy là nhà máy hoá chất hoạt động liên tục với nguyên liệu và sản phẩm đều là những hoá chất độc hại và có khả năng gây cháy nổ, do đó nó có ảnh hưởng trực tiếp tới sức khoẻ con người và ảnh hưởng tới môi trường cảnh quan và sinh thái. Không những chỉ có sản phẩm chính mà tất cả các sản phẩm phụ cũng đều rất độc hại. Vì các lý do đó mà việc xác định địa điểm xây dựng và cách bố trí các công trình phải được tính toán cẩn thận. Đảm bảo các yêu cầu là giảm thiểu vấn đề ô nhiễm môi trường và sức khoẻ của người lao động cũng như cư dân sinh sống xung quanh nhà máy. PHÂN TÍCH ĐỊA ĐIỂM XÂY DỰNG NHÀ MÁY: Nhà máy sản xuất Vinyl Axetat có năng suất 150.000 tấn/năm. Nhà máy sử dụng nguyên liệu chính là Axetylen và Axit Axetic, nguồn nguyên liệu này được cung cấp từ nhà máy hoá chất Việt Trì, đây là một điều kiện thuận lợi để xây dựng nhà máy. Các yêu cầu chung khi chọn địa điểm xây dựng + Địa điểm xây dựng phải phù hợp với quy hoạch lãnh thổ, quy hoạch vùng đã được cung cấp có thẩm quyền phê duyệt. + Nhà máy ở gần khu sản xuất nguyên liệu, gần nơi tiêu thụ sản phẩm hạn chế tối đa chi phí vận chuyển nguyên liệu. + Địa điểm xây dựng phải ở nơi cuối hướng gió, mật độ dân cư thưa cách xa nguồn nước sạch và phải ở vùng có nhiều cây xanh. + Địa điểm xây dựng phải tận dụng được tối đa hệ thống giao thông quốc gia, nguồn nguyên liệu và hệ thống cung cấp điện. + Địa điểm xây dựng phải ở gần nơi cung cấp vật liệu xây dựng, cũng như việc cung cấp nhân lực và vận hành nhà máy về sau. Các yêu cầu về khu đất xây dựng + Chọn khu đất có kích thước hình dạng thuận lợi cho việc xây dựng, khu dất xây dựng phải cao ráo thoáng đãng, có độ dốc tự nhiên tốt từ 0,5 ¸ 1%. + Khu đất được chọn phải không có mỏ khoáng ở dưới và nền đất phải chắc, nên xây dựng trên nền đất sét, sét pha cát hoặc đá ong… và cường độ khu đất phải là 1,5 ¸ 2,5 Kg/cm2. + Diện tích khu đất được tính toán thoả mãn mọi điều kiện của dây chuyền công nhệ trên cơ sở bố trí hợp lý các hạng mục công trình. + Khu đất xây dựng phải ở nơi đảm bảo tốt mối quan hệ hợp tác mật thiết với các nhà máy lân cận trong khu công nghiệp với việc sử dụng chung các công trình đảm bảo kỹ thuật, xử lý chất thải chống ô nhiễm môi trường cũng như các công trình hành chính phục vụ công cộng… nhằm mang lại hiệu quả kinh tế. Các yêu cầu bảo vệ môi trường + Phải đảm bảo các yêu cầu vệ sinh công nghiệp hạn chế tối đa các sự cố sản xuất, đảm bảo yêu cầu vệ sinh môi trường bằng các giải pháp phân khu và bố trí hướng cho phù hợp hướng gió để bảo vệ môi trường. + Khu đất cũng như địa điểm xây dựng phải đảm bảo được việc nước thải cũng như các chất thải khác không ảnh hưởng tới môi trường sống xung quanh. PHÂN TÍCH TỔNG MẶT BẰNG NHÀ MÁY: Tổng mặt bằng nhà máy được thiết kế dựa trên nguyên tắc phân vùng Nguyên tắc phân vùng + Tuỳ theo đặc thù sản xuất của nhà máy mà người thiết kế sẽ tận dụng nguyên tắc phân vùng cho hợp lý. Trong thực tiễn thiết kế biện pháp phân chia khu đất thành các vùng theo đặc điểm sử dụng là phổ biến nhất. Tổng mặt bằng của nhà máy được phân làm 4 vùng chính: - Vùng trước nhà máy. - Vùng sản xuất. - Vùng phụ trợ phục vụ sản xuất. - Vùng kho tàng và phục vụ giao thông. + Vùng trước nhà máy bao gồm các nhà hành chính quản lý, hội trường, nhà ăn các gara để xe đạp, xe máy, ôtô, cổng ra vào và phòng bảo vệ. + Vùng sản xuất bao gồm phân xưởng sản xuất, phòng điều khiển trung tâm, nhà phục vụ sinh hoạt, kho nguyên liệu và kho sản phẩm. + Vùng phụ trợ phục sản xuất bao gồm các kho công cụ, phân xưởng cơ khí, trạm điện, bộ phận nước sinh hoạt, sử lý nước thải và nhà cứu hoả. + Vùng kho tàng phục vụ giao thông bao gồm nơi xuất sản phẩm, hệ thống đường giao thông trong nhà máy. Đường ôtô là các loại đường bê tông 2 làn xe chạy mỗi làn 2,5 m, vỉa hè đi bộ rộng 1 m và đường đi vào các nhà rộng 3 m. Ưu nhược điểm của nguyên tắc phân vùng Ưu điểm + Dễ dàng quản lý theo ngành, theo các xưởng, theo các công đoạn của dây truyền sản xuất. + Thích hợp với các nhà máy có những xưởng, những công đoạn có đặc điểm và điều kiện sản xuất khác nhau. + Đảm bảo được yêu cầu vệ sinh công nghiệp, dễ dàng sử lý các bộ phận phát sinh các điều kiện bất lợi trong quá trình sản xuất như khí độc, bụi, cháy nổ… + Dễ dàng bố trí hệ thống giao thông bên trong nhà máy. + Thuận lợi trong quá trình phát triển mở rộng nhà máy. + Phù hợp với đặc điểm khí hậu nước ta. Nhược điểm + Dây truyền sản xuất phải kéo dài. + Hệ thống mạng lưới kỹ thuật và mạng lưới giao thông tăng. + Hệ số xây dựng, hệ số sử dụng thấp. Các công trình hạng mục trong nhà máy). STT Tên công trình Dài (m) Rộng (m) Diện tích (m2) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 Phòng bảo vệ Gara ôtô con Nhà để xe máy, xe đạp Nhà hành chính Hội trường, nhà ăn Trạm xá - Y tế Nhà nghỉ thay ca Nhà thay quần áo – Vệ sinh – Nhà tắm Nhà cứu hoả - Đội xe vận tải Phòng quản lý và điều hành phân xưởng Trung tâm nghiên cứu thí nghiệm Khu phụ trợ cung cấp điện nước Kho vật tư ( chi tiết,phụ tùng thay thế…) Phòng bảo vệ Khu sản xuất chính Khu Vực đặt máy bơm, máy nén Khu vực chứa nguyên liệu Khu vực chứa sản phẩm chính Khu vực chứa sản phẩm phụ Khu đất dự trữ Khu vực xử lý khí thải Khu vực xử lý nước thải 9 30 24 30 24 18 18 18 24 12 18 18 18 9 48 12 50 18 9 12 20 6 9 9 18 18 6 12 9 12 9 12 12 18 6 24 12 18 12 6 9 12 54 270 216 540 432 108 216 162 288 108 216 216 216 54 1152 144 900 216 54 1900 108 240 Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật Để đánh giá lựa chọn phương án thiết kế tổng mặt bằng nhà máy người ta dựa vào một số chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật: - Diện tích tổng mặt bàng nhà máy : 24700 m2 - Diện tích xây dựng: 6768 m2 - Diện tích sử dụng:15200 m2 - Hệ số xây dựng: - Hệ số sử dụng Sơ đồ dây chuyền sản xuất của phân xưởng : Bốc hơi và gia nhiệt hỗn hợp nguyên liệu đầu Trộn nguyên liệu đầu ( nguyên liệu mới + tuần hoàn ) Thiết bị phản ứng Hệ thống các tháp chưng luyện Sản phẩm Hệ thống các thiết bị ngưng tụ THIẾT KẾ NHÀ SẢN XUẤT. Giới thiệu các yêu cầu thiết kế. Dây truyền sản xuất Vinyl Axetat bao gồm chủ yếu là các thiết bị dạng tháp, thiết bị cao nhất là tháp chưng luyện , cao 14 m. Ngoài ra còn có các thiết bị chưng cất, ngưng tụ, thùng chứa, bơm … ở mỗi tháp trong dây truyền đều có các sàn thao tác và hệ thống cầu thang. Các thiết bị ngưng tụ, hồi lưu đặt ở trên cao đều có các giá đỡ. Các đường ống dẫn khí, lỏng đặt ở trên cao đều có giàn đỡ. Các yêu cầu thiết kế mặt bằng: + Thoả mãn các yêu cầu về công nghệ, bố trí sản xuất hợp lý, dễ thao tác và dễ di chuyển. Các bộ phận liên hệ trực tiếp được với nhau, đảm vận chuyển trong và ngoài thuận tiện phù hợp với dây chuyền sản xuất. + Đảm bảo điều kiện làm việc cho công nhân, tận dụng triệt để ánh sáng tự nhiên, thoáng khí để thoát nhanh khí độc, nhiệt thừa ra ngoài. Bảo đảm vệ sinh công nghiệp và an toàn lao động. + Xác định hệ thống lưới cột, hình dạng mặt bằng theo yêu cầu thống nhất của xây dựng công nghiệp. + Bảo đảm yêu cầu phát triển mở rộng của nhà máy trong tương lai, dự kiến trước hướng phát triển mở rộng để tận dụng không phải sửa chữa, phá bỏ đi. Phân xưởng sản xuất được thiết kế theo kiểu khung thép và được đặt bán lộ thiên – lộ thiên Nhịp nhà L = 24 m Chiều cao H1 = 6 m ; H2 =6 m Lưới cột B = 9´ 6 m Giới thiệu mặt cắt và các yêu cầu thiết kế Phân xưởng sản suất được đặt bán lộ thiên - lộ thiên, được thiết kế bằng khung thép Các thiết bị chính như thiết bị phản ứng chính, thiết bị gia nhiệt và hệ thống các thiết bị ngưng tụ… được đặt trong nhà, còn hệ thống các tháp chưng được đặt ngoài trời. Nền nhà là loại nền Ximăng và Bêtông, loại nền nầy chịu được khoáng chất hợp chất vô cơ và kiềm yếu. - Cột nhà bằng thép dùng móng đơn dưới cột. Loại móng này thường đặt trên một lớp lót móng dày 100 mm. Nếu đất khô cũng có thể dùng lớp lót bằng đá răm, nếu đất ướt dùng Bêtông gạch vỡ hoặc Bêtông mác 50. IV. GIAO THÔNG TRONG NHÀ MÁY VÀ CÁC ĐƯỜNG ỐNG. Đường giao thông trong nhà máy chủ yếu là đường bộ, đường ôtô. Đường ôtô được đổ bằng Bêtông nhựa có 2 làn xe mỗi làn 4,5 (m), một đầu nối với đường quốc lộ một đầu nối với trục đường phụ xung quanh nhà máy. Đường giao thông có bề rộng là 6 (m), vỉa hè đi bộ có bề rộng là 1,5 m. Trong nhà máy có đường nối liền các khu với nhau bảo đảm mật độ giao thông vận chuyển các vật tư nguyên liệu được dễ dàng và thuận tiện. Hai bên đường trồng cây cảnh và các vườn hoa đảm bảo cảnh quan cho môi trường nhà máy. Các đường ống chính trong nhà máy như đường ống cấp nước phục vụ sản xuất, sinh hoạt, đường ống nước thải, các đường ống dẫn nguyên liệu lỏng, khí đặt trên mặt đất và ngầm dưới mặt đất. Kết cấu các công trình xây dựng như nhà hành chính, hội trường, nhà ăn, bộ phận vệ sinh, nước sinh hoạt là nhà mái bằng tường gạch cột Bêtông, nhà hành chính, nhà ăn và hội trường xây 2 tầng, còn lại là nhà 1 tầng. V/ một số yêu cầu khi xây dựng nhà máy: Phải phù hợp với dây truyền sản xuất, nghĩa là phải đảm bảo giữa công nghệ và xây dựng, khi bố trí phải đảm bảo dây truyền sản xuất là ngắn nhất mà không cắt nhau chồng chéo lên nhau. Bố trí thiết bị ngắn gọn, nhà cửa xây dựng đúng quy cách chắc chắn cho khoảng vài chục năm. Các ống thải khí được đặt ở cuối hướng gió, đảm bảo chiều cao để các khí thải được khuếch tán đi xa. Bố trí các đường cấp nhiên liệu, nguyên liệu và các đường dây cung cấp năng lượng cho phân xưởng sản xuất phải thuận tiện hợp lý và an toàn, kho nguyên liệu phải đặt ở đầu dây chuyền, kho sản phẩm đặt ở cuối dây chuyền. Kết luận: Mặc dù có nhiều điểm chưa phù hợp khi chọn Việt Trì làm địa điểm xây dựng nhà máy sản xuất Vinyl Axetat. Tuy nhiên xét một cách tổng thể thì cũng có nhiều thuận lợi bởi vì nhà máy nằm trong khu công nghiệp hóa chất nên rất thuân lợi cho viêc cung cấp nguyên liệu, có đường giao thông thuân lợi … PHẦN 5 AN TOÀN LAO ĐỘNG Tổ chức an toàn và bảo hộ lao động trong nhà máy là một công việc không thể tách rời khỏi sản xuất. Bảo vệ tốt sức khoẻ lao động cho người sản suất cho phép đẩy mạnh sức sản xuất nâng cao năng suất lao động. Nguyên nhân xảy ra tai nạn lao động : Thường do các nguyên nhân chính sau khi đo kỹ thuật, do tổ chức (tổ chức giao nhận), do vệ sinh công nghiệp . Trong nhà máy sản xuất VA bị ô nhiễm chủ yếu bởi khí Hydrocarbon ( Hydrocarbon mạch thẳng có tính độc hơn Hydrocarbon mạch nhánh, Hydrocarbon vòng độc hơn mạch thẳng ) . ảnh hưởng bởi các khí phụ như khí CO2, Bụi … Để chống bụi cần thiết phải sử dụng các biện pháp tối thiểu sau: Cơ khí hoá, tự động hoá quá trình sản xuất để hạn chế tác dụng của các hợp chất độc hại. Bao kín thiết bị Thay đổi phương pháp công nghệ làm sạch Thông gió hút bụi Bảo đảm vệ sinh công nghiệp Do trong nhà máy sử dụng nguyên liệu đầu là các hợp chất dễ cháy nổ và độc hại nên cần thiết phải đảm bảo an toàn. Nếu khối lượng lớn khí tạo ra áp suất cao dẫn đến nổ có thể gây chấn thương cho công nhân thậm chí phá huỷ phân xưởng. Như vậy có thể nói rằng phòng chống cháy nổ là khâu rất quan trọng để đảm bảo an toàn cho phân xưởng Các biện pháp cần thiết để phòng chống cháy nổ : Thay khâu sản xuất nguy hiểm bằng khâu ít nguy hiểm. Cơ khí hoá, tự động hoá các quá trình sản xuấtt có tính chất nguy hiểm để đảm bảo an toàn. Thiết bị bảo đảm kín hạn chế hơi, khí cháy thoát ra xung quanh khu sản xuất . Loại trừ khả năng phát sinh mồi lửa tại những nơi có liên quan đến cháy nổ. Khả năng tạo nồng độ nguy hiểm của các chất cháy Tai những nơi có thể gây cháy nổ cần đặt biển cấm, dụng cụ chữa cháy ở những nơi dễ thấy và thuận tiện thao tác. Xây dựng đội ngũ chữa cháy chuyên nghiệp và nghiệp dư thường xuyên kiểm tra diễn tập. Khi có sự cố cháy nổ xảy ra , tuỳ tính chất nguy hiểm của nơi tạo cháy , cần phải nhanh chóng thi hành các biện pháp kĩ thuật cần thiết ở những khu vực lân cận như ngừng công tác, cắt điện , phát tín hiệu cấp cứu chữa cháy. Trên đây chỉ là một số biện pháp tối thiểu trong công tác phòng chống cháy nổ, bảo hộ lao động trong nhà máy song cần thiết phải tuyên truyền mọi người thực hiện tốt biện pháp phòng ngừa , đảm bảo an toàn trong quá trình sản xuất. PHẦN 6 PHẦN TÍNH TOÁN KINH TẾ I. MỤC ĐÍCH VÀ NHIỆM VỤ CỦA TÍNH TOÁN KÍNH TẾ. Khi đầu tư 1 nhà máy , xí nghiệp hay một doanh nghiệp thì lợi ích nó mang lại đực qan tâm hàng đầu.Vì vậy một bước quan trọng trong công việc thiết kế đó là phải tính toán đến hiệu quả kinh tế. Tính toán kinh tế giúp ta thấy được tổng quan hiệu quả kinh tế của một dự án,từ đó hoạch định ra phương thức tổ chức sản xuất hợp lý nhất,đạt hiệu quả kinh tế cao nhất.nó tác động đến sự điều chỉnh cân bằng của các yếu tố xác lập nên dự án sao cho họp lý và khả thi như:Vốn đầu tư,giá thành nguyên vật liệu và sản phảm,tổ chức quản lý và sản xuất.cuối cùng điều quan trọng nhất của tính toán kinh tế là chỉ ra được hiệu quả kinh tế của dự ánvà quyết định dự án có được mang ra thục hiện hay không. Nội dung tính toán kinh tế. II.1. Xác định chế độ công tác của phân xưởng. Theo phần thiết kế công nghệ thì dây chuyền sản xuất sẽ hoạt động liên tục 24/24 giờ được chia làm 3 ca,mỗi ca làm việc 8 giờ.Số ngày làm việc trong một năm là 30 ngày,35ngày dành cho sửa chữa,bảo dưỡng và nghĩ lễ tết cho công nhân. Năng suất của phân xưởng là :18 939,394 kg/h. Sản phẩm vinyl axetat có độ tinh khiết 99.9 % Năng suất của nhà máy : 150 000 tấn/năm. II.2. Nhu cầu về nguyên liệu và năng lượng. a. Nhu cầu về nguyên liệu. -Năng suất của quá trình : 18 939.394 kg/h. \ -Lượng khí C2H2 nguyên liệu cần : 30045,04 (kg/h ) -Lượng CH3COOH nguyên liệu : 16993,88 (kg/h ) - Lượng xúc tác : = 9.8 (kg/h ) -Lượng hơi nước : 12140,79 (kg/h ) -Lượng dầu tải nhiệt : 112798,30 (kg/h ) -Lượng nước muối 0oC : 54973,62 (kg/h ) -Lượng NH3 lỏng : 34213,4 (kg/h ) Bảng nhu cầu về nguyên liệu STT Tên nguyên liệu Nhu cầu trong năm (tấn) 1 C2H2 kỹ thuật 237 956,4 2 CH3COOH 134 591,53 3 Xúc tác 77,62 4 Dầu tải nhiệt(Tuần hoàn ) 451,192 5 Nước muối (Tuần hoàn) 549,73 6 NH3 Lỏng 340,4 7 Nước 250C 1 574,5 8 Hơi nước 96 148,8 b. Nhu cầu về điện năng : Điện năng tiêu thụ trong phân xưởng sản xuất được tính theo công thức : W=K1.K2.Swi=1. S.ni.ti Trong đó : W : điện năng dùng trong một năm Ni : công xuất thiết bị tiêu thụ điện thứ i Ti : số loại thiết bị thứ i K1 : hệ số phụ tải thường lấy k1=0.75 K2 : hệ số tải Bảng nhu cầu về điện năng trong công nghệ TT Tên thiết bị Công suất Số lượng Tổng công suất K1 K2 Ti(h) Nhu cầu điện trong năm kw/h 1 Bơm a xit 5.4 3 16,2 0.75 1.05 8160 104101,2 2 Máy nén 1200 3 3600 0.75 1.05 8160 23 133 600 3 Máy bơm dẫn sp 1.5 6 9 0.75 1.05 8160 173 502 Tổng cộng 24 411 203,2 -Điện dùng thắp sáng cho phân xưởngcủa 2 ca chiều và đêm (16/24h) cho phân xưởng xản xuất , còn các phòng (24/24h) Ws = Sni=1. S . ni . P . Ti . Kw Ni : số bóng đèn loại i P : Công xuất đèn loại i (w/h) Ti : Thời gian sử dụng trong năm (h) Bảng nhu cầu về điện thắp sáng TT Tên công trình Loại bóng(w) Số lượng (cái) Thời gian sử dụng(h) Nhu cầu trong năm (kw/h) 1 Khu nhà xản xuất 150-220 174 4640 121104 2 P.quản đốc,thường trực Bảo vệ, cầu thang, WC 100-220 33 4640 15312 3 P .thay đồ 75W-20V 12 500 450 4 Tổng cộng 209 535,2 Lượng điện tiêu thụ cả năm của phân xưởng : 24 411 203,2 + 209 535,2 = 24 620 738,4 KW. Lượng điện chi phí cho một tấn sản phẩm là : Q = = 164 138,3 Bảng chi phí nguyên vật liệu , nhiên liệu và năng lượng . TT Tên nguyên liệu năng lượng Đơn vị Lượng dùng trong năm Đơn giá (đ) Thành tiền (đ) 1 CH3COOH tấn 237 956,4 10.106 142840,5.106 2 C2H2 tấn 134 591,53 5.106 2886675.106 3 Xúc tác kg 77 620 500000 28380.106 4 Nước làm lạnh tấn 3 702 105 2000 7404,21.106 5 Nước muối OoC tấn 441 540 6000 2649,24.106 6 NH3 lỏng tấn 274 725 400000 109890.106 7 Hơi nước tấn 97 515 30000 2 925.106 8 Điện kw 66 428 239,8 800 53 151,6.106 9 Tổng cộng 4 519 471,5.106 II.3. Tính vốn cố định : Vốn đầu tư xây dựng : V xd Đơn giá xây dựng nhà lộ thiên khung bê tông cốt thép toàn khối , kết cấu bao che nhẹ : 1600 000đ/m2 . Tổng diện tích xây dựng : 1620 m2 V xd = 1620. 1600 000 =2592 000 000 = 2592.106 đ Vốn đầu tư thiết bị , máy móc : Vtb . Bảng chi phí đầu tư thiết bị TT Tên thiết bị Số lượng Đơn giá (đ) Thành tiền(đ) 1 Thiết bị P .Ư 9 90.106 810.106 2 Thiết bị trộn C2H2 3 15.106 45.106 3 Thiết bị trộn CH3COOH 3 10.106 30.106 4 Thiết bị bốc hơi 3 30.106 90.106 5 Thiết bị trao đổi nhiệt 3 50.106 150.106 6 Tổ hợp xyclon 6 10.106 60.106 7 Thiết bị làm lạnh 9 25.106 225.106 8 Thiết bị phân riêng 9 3.106 27.106 9 Thiết bị đun nóng 3 30.106 90.106 10 Thiết bị ngưng tụ VA 3 30.106 90.106 11 Thiết bị ngưng tụ EDA 3 10.106 30.106 12 Máy nén 6 4.106 24.106 13 Máy bơm nước (1) 3 3.106 9.106 14 Máy bơm nước (2) 3 2.106 6.106 15 Máy bơm nước muối 3 1,5.106 4,5.106 16 Máy bơm NH3 lỏng 3 1,5.106 4,5.106 17 Máy bơm VA thô 3 2.106 6.106 18 Thùng chứa sản phẩm thô 3 5.106 15.106 19 Thùng chứa VA tinh khiết 3 4.106 12.106 20 Thùng chứa EDA 3 1.106 3.106 21 Tổng cộng 1731.106 - Chi phí lắp đặt : 20% Vtb -Chi phí dụng cụ đo : 20% Vtb -Chi phí vận chuyển : 10% Vtb Tổng cộng 50% Vtb = 252,5.106 Tổng số vốn đầu tư thiết bị là : (1671+865,5).106 =2596,5.106 (đ) Các vốn đầu tư khác : Vk Gồm những chi phí để vận chuyển, khảo sát thiết kế , đào tạo cán bộ , chiếm 10% tổng số vốn đầu tư cố định : Vdt = Vxd+Vtb+Vk Vdt =Vxd+Vtb+0.1Vdt Vxd+Vtb (2527,2+2272,5).106+ Vdt = --------- = ------------------ =5795,01.106. 0.9 0.9 Vậy Vk = 5 795,01.106. II . 4 . Nhu cầu về lao động : Do đạc điểm của quá trình sản xuất là liên tục và tự động hoá trong sản xuất Nhiệm vụ chủ yếu của công nhân là kiểm tra , quan sát chế độ làm việc của máy móc thiết bị và chất lượng sản phẩm để điều chỉnh cho thích hợp . Dưới đây là bảng phân bổ số lượng công nhân trực tiếp sản xuất : Bảng bố trí công nhân nơi sản xuất TT Nơi làm việc Số lượng thiết bị Số công nhân 1 ca Tổng số công nhân trong 1 ngày (3 ca) 1 Bộ phận phản ứng 3 3 9 2 Máy nén,bơm,điện 15 3 9 3 Bộ phận làm lạnh 9 3 9 4 Tháp chưng luyện 9 3 9 5 Bộ phận sản phẩm 3 3 9 6 Tổng cộng 45 Thời gian làm việc thực tế trong năm là : 330 ngày ( trừ ngày nghỉ lễ, phép … ) . Số ngày làm việc thực tế của dây chyền là 342 ngày . Vậy hệ số điền khuyết là Kđk = =1,03 Vậy số công nhân thực tế trong phân xưởng là : 45 . 1,03 = 46,36 người Lấy số công nhân thực tế trong phân xưởng là 46 người . Cán bộ kỹ thuật : 6 người ( quản đốc , phó quản đốc ). Thư ký văn phòng : 1 người . Hành chính : 8 người . Bảo vệ : 9 người Vậy tổng số người làm việc trong phân xưởng là 60 người . .II.5 . Quỹ lương công nhân và nhân viên toàn phân xưởng . Mức lương công nhân trực tiếp là : 2 000 000đ/tháng. Lương gián tiếp và tổ trưởng tính theo hệ số Bảng thống kê quỹ lương công nhân TT Nghành nghề Số người Hệ số Lương tháng(đ/n) Lương tháng toàn bộ(đ) Lương cả năm toàn bộ(đ) 1 Công nhân trực tiếp 33 1 2.106 66.106 792.106 2 Tổ trưởng 3 1,2 2,4.106 7,2106 86,4.106 3 Quản đốc 3 1,5 3.106 9.106 108.106 4 P quản đốc 3 1,4 2,8.106 8,4.106 100,8.106 5 Thư ký 1 1,3 2,6.106 2,6.106 31,2.106 6 Hành chính 8 1,1 2,2.106 17,6.106 211,2.106 7 Bảo vệ 9 1 2.106 18.106 216.106 8 Tổng cộng 127.106 1545,4.106 Bồi dưỡng ca đêm lương : 127.106..0,02 =2,54.106đ. Bồi dưỡng độc hại lương : 1545,4.106. 0,01 =15.454.106đ Tổng quỹ lương cả năm : (1545,4+2,54+15,454) . 106 = 1563,394.106đ II. 6 Tính khấu hao : Khấu hao thiết bị nhà xưởng như sau : -Nhà xản xuất có thời gian khấu hao là 20 năm . 2596,5.106 Mức khấu hao là : ---------- =129,775.106 đ/năm . 20 -Thiết bị máy móc lấy thời gian khấu hao là 10 năm . 2589,2.106 Mức khấu hao là : ------ =258,92.106 đ/năm. 10 -Tổng mức khấu hao toàn bộ phân xưởnh là : 129,775.106 + 258,92.106 = 387,92.106 đ/năm . -Khấu hao sửa chữa lớn lấy bằng 50% khấu hao cơ bản . 387,92.106 . 0,5 =193,96.106 đ/năm . -Tổng mức khấu hao cả năm là : 193,96 .106 + 387,92.106 = 581,87.106 đ/năm. -Mức khấu hao trên một đơn vị sản phẩm: 581,87.106 :150 000 =3879,14 đ/năm. II.7. Thu hồi sản phẩm phụ. Khoản mục Đơn vị Định mức tiêu hao SP Đơn giá (đ) Chi phí cho 1 ĐVSP(đ) Chi phí cho toàn bộ sản lượng Số lượng dùng Thành tiền 1 2 3 4 5 6 7 I –NgL,NL CH3COOH Tấn 0,8657 10.106 6,657.106 47613,5 1476135.106 C2 H2 Tấn 3,499 5.106 17,495.106 192445 2762225.106 Xúc tác Kg 0,344 500000 172000 18920 36460.106 Nước Tấn 22,437 2000 44874 1234035 6468,07.106 Nước muối Tấn 2,676 6000 16056 147180 2675,21.106 NH3lỏng Tấn 1,665 400000 666000 91575 129864.106 Hơi nước Tấn 0,591 30000 17730 32505 2789,12.106 Điện Kw 402,595 800 322076 22,14.106 542646.106 Tổng CP, NL,NL 27390736 1506488,3.106 II- CP nhân công Tiền lương 11712,2 7614,25.106 Bảo hiểm XH 1191 245,9.106 III- CP chung phân xưởng 425,98.106 KH cơ bản,SC 2661,3 425,98.106 CP khác(4%) 468,5 20,87.106 Công CP SX 27406769 4507589,45 IV-C/phí QLDN 2192541,52 360801,69 V-CP bán hàng 1918473,83 309835158 G/thành toàn bộ 31517784,35 51236459,54 Giá bán 34000000 510.1010 -Lượng Etyliden diaxetat trong một năm : 2 971,66 .342.24 = 24 391 385,28 kg/năm=24 391,39tấn/năm. - Tổng giá thành EDA: 24 391,39 . 25.106 = 609 784,63.106đ II.8. Các khoản chi phí khác. Chi phí quản lý doanh nghiệp lấy 8% giá thành sản phẩm. Chi phí bán hàng lấy 7% giá thành sản phẩm. Thuế giá trị gia tăng bằng 5% doanh thu phân xưởng. II.9. Tính giá thành sản phẩm . Giá thành đơn vị sản phẩm và phương án giá đượchình thành trong bảng VI.9 với năng xuất sản phẩm VA:150 000 tấn / năm. Bảng tính giá thành một đơn vị sản phẩm và toàn bộ sản lượng. ổng doanh thu của phân xưởng trong năm : 510.1010+609 784,63.106=5 709 784,63.106 đ/năm. Thuế giá trị gia tăng : 5%.5709784,63.106=285489,23.106 đ/năm. Lợi nhuận của một năm là : L= 5709784,63.106 - 285489,23.106 –5201077,338.106 L = 223218,063.106đ/năm Thời gian thu hồi vốn : Tth = Vđt/KH+L = 2 058 245,12.106/(223218,063.106 + 520,79.106)= = 9,199 năm. Như vậy thời gian thu hồi vốn là 9năm 2tháng. PHẦN 7 KẾT LUẬN Với đề tài tốt nghiệp ‘thiết kế phân xưởng sản xuất Vinyl Axetat từ axetylen và axit axetic trên xúc tác axetat kẽm tên than hoạt tính với công suất 150 000 tấn / năm’. Sau một thời gian tìm tài liệu, nghiên cứu và tính toán, với sự hướng dẫn tận tình của GS -TS Đào Văn Tường em đã hoàn thành bản đồ án tốt nghiệp với đầy đủ các yêu cầu của bản nhiệm vụ đề ra.Với trình độ và thời gian có hạn xong em cũng rút ra được một số nhận xét trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành đồ án: Vinyl Axetat là một monome có vai trò rất quan trọng trong nền công nghiệp hiện đại, đặc biệt là công nghiệp chất dẻo và sợi tổng hợp Vinyl hoá là một quá trình quan trọng trong quá trình tổng hợp các hợp chất trung gian phục vụ cho việc tổng hợp ra các sản phẩm hữu cơ cuối cùng có giá trị. Nguyên liệu chính dùng cho quá trình sản xuất VA là Axetylen và axit Axetic. Đây đều là những chất tương đối độc hại và dễ cháy nổ, do đó có khả năng gây nguy hiểm cho con người. Vì vậy khu vực sản xuất phải luôn được đảm bảo về các yêu cầu cháy nổ cũng như vệ sinh môi trường. Từ lâu, công nghệ sản xuất Vinyl Axetat đã được ứng dụng vào trong sản xuất bởi nhiều hãng khác nhau trên thế giới. Tuy nhiên, mỗi dây chuyền công nghệ của từng hãng đều có những ưu nhược điểm khác nhau, nhưng nhìn chung thì chế độ công nghệ của tất cả các dây chuyền đó đều phụ thuộc chủ yếu vào các yếu tố sau : Nhiệt độ phản ứng Loại xúc tác dùng cho phản ứng Tỷ lệ của các cấu tử trong hỗn hợp nguyên liệu đầu Vinyl Axetat có thể được sản xuất bằng nhiều công nghệ khác nhau,mỗi công nghệ đều có các ưu nhược điểm khác nhau,tuy nhiên khi thiết kế ngoài lựa chọn công nghệ thì việc chọn nguyên liệu cho quá trình sản xuất đó cũng là một yếu tố quyết định cho việc đầu tư,đặt địa điểm nhà máy.Ngày nay ngoài các nguyên liệu truyền thống thì việc sử dụng nguyên liệu từ quá trình chế biến dâù khí đang là một hướng để tiếp cận với nguồn nguyên liệu rồi rào và rẻ tiền. Tài liệu tham khảo Bộ môn quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất , khoa Hoá trường ĐHBK Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất – Tập I. Nhà xuất bản Khoa Học Kỹ Thuật 1982. Bộ môn quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất , khoa Hoá trường ĐHBK Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất – Tập II. Nhà xuất bản Khoa Học Kỹ Thuật 1982. Encyclopedia of Polymer. Science and Technology . Vol 15 Encyclopedia of Chemical Technology ( Second Edition ). Vol 21 Tủ sách Đại Học Bách Khoa Hà Nội. Sổ tay tóm tắt các đại lượng hoá lý Trường Đại Học Bách Khoa xuất bản 1963 GS. TS. Nguyễn Bin Tính toán quá trình, thiết bị trong công nghệ hoá chất và thực phẩm – Tập I Nhà xuất bản Khoa Học Kỹ Thuật. Đỗ Văn Đài – Nguyễn Bin – Phạm Xuân Toản – Đỗ Ngọc Cử Cơ sở các quá trình và thiết bị công nghệ hoá học – Tập 1a Trường Đại Học Bách Khoa xuất bản 1999 Đỗ Văn Đài – Nguyễn Bin – Phạm Xuân Toản – Đỗ Ngọc Cử Cơ sở các quá trình và thiết bị công nghệ hoá học – Tập 1b Trường Đại Học Bách Khoa xuất bản 1999 Trần Công Khanh. Bộ môn Tổng Hợp Hữu Cơ - khoa Hoá ĐHBK HN Thiết bị phản ứng trong sản xuất các hợp chất hữu cơ. Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội xuất bản 1986 Phan Minh Tân Tổng hợp hữu cơ và Hoá dầu – Tập II Trường Đại Học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh 1993 Nguyễn Mai Liên Tổng hợp hữu cơ cơ bản Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội xuất bản 1963 Vương Đình Nhàn Sổ tay tóm tắt kỹ sư hoá chất. Hà Nội - 1961 Hoàng Trọng Yêm – Nguyễn Đăng Quang Hoá học Hữu cơ, tập 2 – 1996 PGS. Ngô Bình Cơ sở xây dựng nhà công nghiệp. Hà Nội - 1997 Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. Vol A8.1995 Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. Vol A27.1995 ._.