San Xuat Phenol Bang Con Dg Kiem Hoa 4336

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp

Lêi më ®ÇuT¹i çc níc, c«ng nghiÖp ho¸ häc ®· ph¸t triÓn tõ l©u vµ nã

chiÕm mét vÞ trÝ quan träng trong nÒn kinh tÕ quèc d©n, nã lµ

mét ngµnh sèng cßn cho çc ngµnh kh¸c bëi v× nã t¹o ra nguån

nguyªn vËt liÖu cho çc ngµnh kh¸c ®i vµo s¶n xuÊt, vµ t¹o ra

mét gi¸ tri kinh tÕ rÊt lín. Cßn t¹i ViÖt Nam do yÕu tè lÞch sö nªn

c«ng nghiÖp hãa häc cßn l¹c hËu cha ph¸t triÓn c¶ vÒ sè lîng

lÉn chÊt lîng, gÇn ®©y chÝnh phñ ViÖt Nam ®· vµ ®ang ®Çu t,

®æi míi vÒ trang thiÕt bÞ lÉn con ngêi nh»m thóc ®Èy c«ng

nghiÖp hãa häc ph¸t triÓn, ®uæi kÞp çc níc trong khu vùc vµ

trªn thÕ giíi.

Çc s¶n phÈm cña ngµnh c«ng nghiÖp ho¸ häc ngµy cµng

®a d¹ng, ®îc sö dông réng r·i trong c«ng nghiÖp vµ ®êi sèng

h»ng ngµy bëi nh÷ng u ®iÓm hÕt søc qói b¸u cña nã mµ khã cã

thÓ thay thÕ ®îc nh nhÑ, bÒn nhiÖt vµ c¬, h¬n n÷a gi¸ thµnh

s¶n xuÊt l¹i rÎ h¬n nhiÒu vµ nguån nguyªn liÖu l¹i dåi dµo h¬n

so víi çc vËt liÖu kh¸c.

Phenol lµ mét trong nh÷ng s¶n phÈm trung gian cã vai trß

quan träng trong ngµnh c«ng nghiÖp ho¸ häc. Tõ phenol chóng

ta cã thÓ s¶n xuÊt ®îc nhiÒu çc s¶n phÈm hãa häc cã gi¸ trÞ

kinh tÕ lín nh tæng hîp çc hîp chÊt cao ph©n tö (nhùa

formandehyt, sîi tæng hîp, capron, nilon). Ngoµi ra phenol cßn

dïng ®Ó s¶n xuÊt thuèc nhuém, çc lo¹i dîc phÈm, thuèc næ,

thuèc trõ s©u, s¶n xuÊt çc chÊt ho¹t ®éng bÒ mÆt, ®îc dïng

lµm chÊt tÈy trïng, tÈy ®éc. H¬n n÷a s¶n xuÊt tõ con ®êng

phenol cã hiÖu xuÊt cao h¬n, rÎ vÒ kinh tÕ vµ ®¬n gi¶n vÒ

NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44

0

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpmÆt c«ng nghÖ s¶n xuÊt. V× vËy viÖc nghiªn cøu qóa tr×nh

s¶n xuÊt phenol lµ mét vÊn ®Ò s¶n xuÊt hÕt søc quan träng.

Trong ®å ¸n tèt nghiÖp em ®îc giao nhËn vÒ ®Ò tµi lµ

“ThiÕt kÕ ph©n xëng s¶n xuÊt phenol b»ng con ®êng

kiÒm ho¸”. Mét trong nh÷ng ph¬ng ph¸p phæ biÕn mµ hiÖn

çc níc ®Òu ¸p dông ®Ó s¶n xuÊt phenol. §©y lµ mét ®Ò tµi

rÊt hay nhng còng rÊt khã kh¨n trong qóa tr×nh nghiªn cøu. V×

vËy em rÊt mong ®îc sù gióp ®ì cña çc thÇy c« trong bé m«n

C«ng NghÖ H÷u c¬ -Hãa dÇu trêng ®¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi,

®Æc biÖt lµ sù gióp ®ì cña thÇy §µo V¨n Têng cïng toµn thÓ çc

b¹n nh»m t¹o ®iÒu kiÖn cho b¶n ®å ¸n tèt nghiÖp ®îc hoµn

thiÖn h¬n.

PhÇn I: TæNG QUAN VÒ PHENOLPhenol hay cßn gäi lµ hydroxyl benzen, C6H5OH, lµ mét dÉn

xuÊt hydroxyl cña cacbon th¬m, ®îc t×m ra ®Çu tiªn vµo n¨m

1834 do nhµ ho¸ häc F.Runge, nã lµ chÊt c¬ së cña d·y çc

®ång ®¼ng cña çc chÊt víi nhãm hydroxyl liªn kÕt víi vßng

th¬m. Phenol mµ chóng ta thu ®îc lµ mét chÊt linh ®éng,

chóng ta còng cã thÓ thu ®îc phenol lµ çc s¶n phÈm trong tù

nhiªn vµ çc thùc thÓ sinh vËt. VÝ dô nh nã lµ thµnh phÇn cña

lignhin. Do vËy mµ nã cã thÓ t¹o ra b»ng qu¸ tr×nh thuû ph©n.

S¶n phÈm cña qu¸ tr×nh trao ®æi chÊt lµ tõ 40mg/l. Çc hîp

chÊt cao h¬n n÷a t¹o thµnh trong qu¸ tr×nh chng than hoÆc

trong qóa tr×nh cacbon hãa gç ë nhiÖt ®é thÊp, than n©u,

hoÆc than cøng vµ trong qu¸ tr×nh chng cÊt dÇu má. §Çu tiªn

phenol ®îc t¸ch ra b»ng qóa tr×nh t¸ch tõ nhùa than ®¸ vµ sau

®ã ngêi ta kh«ng dïng ph¬ng ph¸p nµy khi nã mÊt m¸t t¨ng lªn

trong qóa tr×nh s¶n xuÊt. Ngµy nay çc ph¬ng ph¸p tæng hîp


1

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpdÔ h¬n nh theo con ®êng axÝt benzen vµ clobenzen, Çc qu¸

tr×nh tiªn tiÕn h¬n ®Ó s¶n xuÊt phenol ®ã lµ qu¸ tr×nh Hook.

Nã b¾t ®Çu tõ Cumen.

Phenol thu ®îc cã vai trß ®¸ng kÓ trong c«ng nghiÖp ho¸

häc, nã chÝnh lµ vËt liÖu ban ®Çu ®Ó tæng hîp nhiÒu hîp chÊt

trung gian vµ çc s¶n phÈm cuèi cïng. Nã ®îc sö dông trong c¶

c«ng nghiÖp tæng hîp hãa chÊt vµ c«ng nghiÖp tæng hîp h÷u

c¬. Do ®ã s¶n lîng phenol ngµy cµng t¨ng ë çc níc vµ trªn thÕ

giíi. Chóng ta cã thÓ tham kh¶o b¶ng sè liÖu sau ®©y.

S¶n lîng phenol s¶n xuÊt trªn thÕ giíi theo çc ph¬ng ph¸p

s¶n xuÊt khÊc nhau ®îc tr×nh bµy ë b¶ng 1.

Ph¬ng ph¸p T©y ¢u MÜ NhË

t

Ch©u ¸ ThÕ

giíi

N¨m 197

3

197

8

198

9

197

4

198

9

197

7

198

5

198

9

198

9

N¨ng suÊt 1.1

4

1.48 1.4

5

1.2

5

1.9 0.2

8

0.4 0.6 5

PP Cumen(%) 87 88 93 87 98 100 99 96

PP Toluen(%) 8 10 7 2 2 3

Nh÷ng pp

kh¸c

(%)

2 9 2

Tõ nhùa than

®¸

3 2 2

Çc môc ®Ých sö dông phenol trong c«ng nghiÖp ®îc ®a ra ë

b¶ng 2.


2


Môc ®Ých sö

dông

T©y ¢u MÜ ThÕ

Giíi

NhËt

1973 1984 1974 1973 1989

Nhùa phenol 37 33 48 60 41

Caprolactam 22 25 15 21

Axit adipic 12 3

Bisphennol A 11 22 13 18 16

Anilin 2 9 3

Çc s¶n phÈm

kh¸c

18 18 21 14 20

Lîng tiªu thô 0.954 1.04 0.211 4.45

Trong c«ng nghiÖp chÊt dÎo phenol lµ nguyªn liÖu ®Ó ®iÒu

chÕ nhùa phenol formandehit, bis phenol A ®Ó s¶n xuÊt nhùa

policacbonat vµ nhùa epoxy. Trong c«ng nghiÖp t¬ hãa häc tõ

phenol s¶n xuÊt capolactam vµ axit adipic lµ nguån nguyªn liÖu

®Ó tæng hîp sîi poly poliamit, s¶n xuÊt sîi tæng hîp capro vµ

nilon. Trong n«ng nghiÖp tõ phenol cã thÓ s¶n xuÊt ®îc thuèc

diÖt cá d¹i vµ kÝch thÝch sinh trëng cña thùc vËt. Çc dÉn xuÊt

cña phenol nh fentaclophenol ®îc dïng trong b¶n gç, chÕ phÈm

cña thuèc s¸t trïng (chèng mèi vµ chèng mät). Çc s¶n phÈm

nitro hãa ®îc dïng lµm thuèc næ (axit picric).

Phenol cßn ®îc øng dông ®Ó s¶n xuÊt dîc liÖu trªn c¬ së

s¶n xuÊt axit salisilic, aspirin.


3


Ngoµi ra phenol cßn dïng lµm dung m«i ®Ó lµm s¹ch çc s¶n

phÈm dÇu, lµm s¹ch dÇu nhên khái çc hîp chÊt dÞ vßng, lµm

s¹ch axit sufuric trong qóa tr×nh s¶n xuÊt nhùa lactam, acrilic.

Do çc øng dông ®a d¹ng cña phenol rÊt ®a d¹ng trong

c«ng nghiÖp v× thÕ viÖc nghiªn cøu qóa tr×nh s¶n xuÊt phenol

lµ hÕt søc cÇn thiÕt.

Ch¬ng I:

Çc tÝnh chÊt vËt lý vµ ho¸ häc cña

phenol

I. TÝnh chÊt vËt lý cña phenol

Phenol lµ mét hîp chÊt h÷u c¬ mµ cã mét nhãm - OH liªn

kÕt trùc tiÕp víi nguyªn tö çc bon cña vßng bezen.


4


Phenol lµ mét chÊt r¾n, cã cÊu tróc lµ çc tinh thÓ h×nh

l¨ng trô, kh«ng cã mµu vµ cã ®Æc tÝnh lµ cã mïi h¬i h¨ng cay,

phªnol cã ®iÓm nãng ch¶y lµ 40,90C. ë tr¹ng th¸i hoµ tan, nã lµ

chÊt láng linh ®éng, kh«ng cã mµu vµ kh«ng cã vÈn ®ôc. ë

nhiÖt ®é kho¶ng 68.40C phenol cã thÓ hßa tan trong níc trong

mét giíi h¹n nhÊt ®Þnh vµ t¹i nhiÖt ®é ®ã nã cã thÓ hoµ tan lín

nhÊt. Khi ®Ó l©u phenol ngoµi kh«ng khÝ, phenol bÞ oxy hãa

mét phÇn nªn cã mµu hång vµ bÞ ch¶y r÷a do hÊp thô h¬i níc.

§iÓm kÕt tinh vµ ®iÓm nãng ch¶y cña phenol thÊp h¬n rÊt

nhiÒu so víi níc. Phenol cã nhiÖt ®é s«i lµ 1820C. Phenol hoµ tan

trong hÇu hÕt çc dung m«i h÷u c¬ nh lµ çc hîp chÊt th¬m, r-

îu, xetol, axit, ete nhng l¹i Ýt tan trong çc chÊt bÐo. Nãi chung

phenol lµ mét chÊt ®éc g©y báng nÆng khi r¬i vµo da.

Hçn hîp cña phenol vµ kho¶ng 10% khèi lîng cña níc ®îc gäi

lµ dung dÞch phenol, bëi v× nã tån t¹i ë tr¹ng th¸i láng t¹i nhiÖt

®é phßng. Cã thÓ nãi r»ng phenol lµ dung dÞch thùc nhÊt trong

çc dung dÞch h÷u c¬ (çc hydrocacbon th¬m, rîu, xªton, ªte,

axit, çc hîp chÊt halogenhydrocacbon..). Phenol t¹o thµnh hçn

hîp ®ång nhÊt víi níc vµ çc chÊt kh¸c, chóng ta cã thÓ tham

kh¶o b¶ng sè liÖu sau ®©y.

B¶ng 1. Çc hçn hîp ®ång nhÊt t¹o thµnh do phenol.

CÊu tö thø

hai

¸p suÊt,

kPa

§iÓm s«i, 0C Thµnh phÇn

cña

phenol, %

Níc 101.3 94.5 9.21


5


78.8

39.2

16.9

90.0

75.0

56.3

8.29

7.2

5.5

Isopropynbe

nzen

101.3 149 2

n-

Propynbenze

n

101.3 158.5 14

-

Metylstrylen

101.3 162 7

Çc th«ng sè vËt lý vµ ho¸ häc cña phenol.

Khèi lîng ph©n tö 94.11

NhiÖt ®é s«i 181.75oC

NhiÖt ®é nãng ch¶y 40.9 oC

Tû träng t¬ng ®èi 0oC 1.092

20oC 1.071

50oC 1.050

Tû träng h¬i (kh«ng khÝ =1) 3.24

§é nhít t¬ng ®èi (®éng)

20oC 11.41

mPa.s

50oC 3.421

mPa.s

100oC 1.5 mPa.s


6


150oC 0.67

mPa.s

NhiÖt ho¸ h¬i (182oC) 514 kj/kg

H»ng sè ph©n ly trong níc (20oC ) 1.2810-10

NhiÖt t¹o thµnh (20oC) 160 kj/kg

NhiÖt ch¸y -32.590

kj/kg

NhiÖt dung riªng 0oC 1.256 kjkg -

1k-1

20oC 1.394

kjkg-1k-1

50oC 2.244 kjkg-

1k-1

100oC 2.382

kjkg-1k-1

NhiÖt dung riªng (tr¹ng th¸i h¬i)

27oC 1.105 kjkg-1k-1

527oC 2.26 kjkg-1k-1

§iÓm chíp ch¸y

(DIN 51758) 81oC

Giíi h¹n thÊp nhÊt ch¸y næ trong kh«ng khÝ ë

101.3kPa

1.3%V(50g/cm3)

Nång ®é b·o hoµ trong kh«ng khÝ (20oC) 0.77

g/cm3


7


NhiÖt ®é bèc ch¸y (DIN 51794) 5950C

NhiÖt ®é tù bèc ch¸y 7150C

§iÓm chíp ch¸y cña hçn hîp víi níc

1-4% níc kho¶ng >

820C

>4.5% níc >

1000C

§iÖn trë suÊt ( 450C ) >1.8 107

.m

Hçn hîp víi 5% níc 4.9 106 .m

¸p suÊt h¬i b·o hßa 200C 0.02 kPa

36.10C 0.1 kPa

48.50C 0.25 kPa

58.30C 0.5 kPa

690C 1 kPa

84.80C 2.5 kPa

98.70C 5 kPa

114.50C 10 kPa

137.30C 25 kPa

1580C 50 kPa

184.50C 100 kPa

207.50C 200 kPa

247.50C 500 kPa

2830C 1000 kPa

II . Çc tÝnh chÊt ho¸ häc cña phenol.NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44

8


Trong ph©n tö phenol cã oxy sù liªn hîp (p-) cña electron

tù do cña nguyªn tö oxy víi çc electron cña vßng bezen khiÕn

cho liªn kÕt -O-H ph©n cùc h¬n so víi OH trong Alcol, ®©y lµ

nguyªn nh©n g©y ra tÝnh axit cña phenol. Do cã hiÖu øng liªn

hîp mµ mËt ®é e trong nh©n t¨ng lªn lµm cho phenol cã ph¶n

øng thÕ electronphin cao h¬n benzen. Phenol cã hai trung t©m

ph¶n øng: nhãm hydroxyl vµ nh©n th¬m.

1). TÝnh axit

Phenol kh«ng nh÷ng t¸c dông ®îc víi kiÒm mµ cßn t¸c dông

®îc c¶ víi dung dÞch kiÒm.

C6H5OH + NaOH C6H5ONa + H2O

Phenol cã tÝnh axit m¹nh h¬n c¶ níc (Ka =10-10) nhnh yÕu

h¬n axit cacbonic ( Ka=10-5). V× thÕ khi cho phenol t¸c dông víi

axit v« c¬ th× phenol bÞ gi¶i phãng khái muèi cña nã

C6H5O- + H2CO3 C6H5OH + HCO3-

2). T¹o thµnh ete.

Phenol biÕn thµnh ete khi t¬ng t¸c víi alkyl halogennua

trong dung dÞch kiÒm.

ArOH ArO- ArOR + X-

3). Ph¶n øng nitro hãa .

Phenol t¸c dông víi axit nitric ®Ëm ®Æc biÕn thµnh 2,4,6

trinitro phenol (axit adipic) lµ nguyªn liÖu t¹o cho thuèc næ.

OH OH O2N NO2

+ HNO3


9


NO2

4). Ph¶n øng kolbe.

Khi ®un natri phenolate trong dßng CO2 t¹o thµnh natri

salisilat

OH OH C=O + CO2

ONa5). Ph¶n øng t¹o alcol.

Phenol ph¶n øng víi formandehyt dïng xóc t¸c axit hay kiÒm

t¹o thµnh monome ®Ó tæng hîp nhùa phenol formaldehyt.

OH H2SO4 OH t0

+ HCHO CH2OH Polime NaOH

Phenol t¬ng tù nh lµ çc enol cña xyclohexadiennol, v× vËy

hç biÕn xeton vµ enol n»m c©n b»ng ®Ó t¹o ra xetol trong

trong khèi xªtol bÐo, vÒ phenol nã ®îc chuyÓn nhiÒu nhÊt tõ

d¹ng enol.

Nguyªn nh©n cña sù t¹o thµnh tr¹ng th¸i æn ®Þnh lµ qu¸

tr×nh h×nh thµnh hÖ thèng vßng th¬m. Sù æn ®Þnh lµ rÊt lín

bëi v× sù ®ãng gãp cña o- vµ p- quinol trong cÊu tróc. Trong

qu¸ tr×nh h×nh thµnh anion phenolate, sù ®ãng gãp cña cÊu

tróc quinol cã thÓ h×nh thµnh çc ®iÖn tÝch d¬ng.

Cã sù kh¸c biÖt gi÷a rîu no vµ phenol. Do vËy phenol t¹o

thµnh muèi víi dung dÞch kali hydroxyt. ë nhiÖt ®é phßng


10

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpphenol cã thÓ t¹o ra tõ muèi víi CO2. T¹i nhiÖt ®é phßng, gÇn

víi nhiÖt ®é s«i cñaphenol, phenol cã thÓ chuyÓn çc axit

cacboxyl.axit axeton thµnh çc muèi cña chóng vµ phenolate

còng ®îc t¹o thµnh. Qu¸ tr×nh ®ãng gãp cña o- vµ p- quinol lµ

nguyªn nh©n g©y ra thay ®æi cÊu trÊu cho phÐp sù thay thÕ

çc electrolphil trong qóa tr×nh ph¶n øng nh lµ qóa tr×nh clo

hãa, sunfua hãa,

Nitrat hãa, nitro hãa. Qóa tr×nh ®a vµo hai hoÆc ba nhãm

nitro trong vßng benzen cã thÓ kh«ng thu ®îc thu ®îc, bëi v×

®Æc ®iÓm cña phenol theo híng oxy hãa. VÝ dô nh lµ theo sau

qu¸ tr×nh nitro cña clo benzen lµ qu¸ tr×nh thay thÕ chÝnh clo

b»ng nhãm hydroxyl hoÆc qu¸ tr×nhnitrat axit disunfophenol.

Qóa tr×nh nitro hãa ë vÞ trÝ para cã thÓ t¹o ra ë nhiÖt ®é

®ãng b¨ng. Phenol rÊt dÔ dµng ph¶n øng víi hîp chÊt cacboxyl

víi sù cã mÆt cña çc xóc t¸c axit hoÆc çc xóc t¸c gèc. Focmal

andehit ph¶n øng víi phenol cho ta rîu hydroxylbezyl vµ t¹o ra

nhùa trong qu¸ tr×nh ph¶n øng. Qu¸ tr×nh ph¶n øng giöa

axetol vµ phenol cho ta s¶n phÈm kÐp A.

Trong qu¸ tr×nh ph¶n øng víi sù cã mÆt cña xóc t¸c axit,

xóc t¸c nµy lµm tinh khiÕt phenol trong qu¸ tr×nh tæng hîp

phenol. Çc olefil tinh khiÕt hoÆc çc hîp chÊt cacboxyl, oxit, cã

thÓ bÞ polyme hãa ®Ó t¹o ra hîp chÊt cã khèi lîng ph©n tö lín

h¬n. Sù dông xóc t¸c H2SO4 hoÆc sù thay ®æi ®iÖn tÝch ion

cña çc axit. V× lý do ®ã cã thÓ t¸ch phenol mét çch dÔ dµng

b»ng con ®êng chng luyÖn.


11


Phenol rÊt dÔ kÕt ®«i víi muèi diazo t¹o ra hîp chÊt cã mµu.

Hîp chÊt ®îc dïng lµm ®é nh¹y cho qu¸ tr×nh tr¾c quang cña

phenol lµ khèi diazo 4-nitroanilin. Axit Salixilic (axit 2 hydroxyl

benzoic), cã thÓ ®îc s¶n xuÊt qua tr×nh ph¶n øng Kolbe

Schemist tõ natri phenolate vµ cacbodioxit, bëi v× kali

phenolate t¹o ra hîp chÊt para. Qu¸ tr×nh akyl hãa vµ qu¸ tr×nh

alxyl ho¸ cña phenol cã thÓ t¹o ra víi xóc t¸c AlCl3.

Ete Diaryl cã thÓ trong ®iÒu kiÖn kh¾c nghiÖt.

200oC/Cu C6H5-ONa + Br- C6H5 C6H5 –O- C6H5

+NaBr Víi çc t¸c nh©n oxyhoa phenol dÔ t¹o thµnh gèc tù do. Nã

cã thÓ dime ho¸ ®Ó t¹o thµnh diphenol hoÆc cã thÓ oxyhoa

s©u s¾c t¹o thµnh ®ihdoxybenzen vµ

quinol.V× gèc phenol t¬ng ®èi bÒn v÷ng nªn phenol lµ gèc

thÝch hîp vµ nã ®îc sö dông lµm chÊt øc chÕ qu¸ tr×nh oxyhoa.

Víi víi mét lîng nhá phenol th× çc tÝnh chÊt trªn cã thÓ g©y

khã kh¨n cho qu¸ tr×nh tù oxyhãa Cumen.


12


Ch¬ng II:

çc Qu¸ tr×nh s¶n xuÊt phenol

Mét lîng nhá phenol (axit kü thuËt ) ®îc t¸ch riªng tõ nhùa

vµ nhµ m¸y s¶n xuÊt khÝ hãa than trong pha h¬i cã dïng

nguyªn liÖu than biÕn tÝnh cao khi luyÖn cèc (than antraxit ) vµ

mét sè qu¸ tr×nh çc bon hãa ë nhiÖt ®é thÊp cña than n©u

còng nh lµ s¶n phÈm cña ph©n xëng cracking. B»ng çc qu¸

tr×nh lín h¬n ta cã thÓ thu ®îc b»ng çch oxyhoa benzen hoÆc

toluen.


13

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpÇc ph¬ng ph¸p s¶n xuÊt phenol trong c«ng nghiÖp nh sau:

1. Qóa tr×nh sunfua ho¸ benzen vµ qu¸ tr×nh s¶n xuÊt

phenol b»ng nhiÖt nh©n benzensunfua trong m«i trêng

kalihydroxyt nãng ch¶y.

2. Qóa tr×nh clo ho¸ benzen vµ thuû ph©n clo benzen b»ng

kali hydroxyt nãng ch¶y.

3. Qóa tr×nh clo ho¸ benzen vµ qu¸ tr×nh thuû ph©n trong

h¬i níc cña clo- bezen (Qóa tr×nh Raschig, Raschig - Hooker,

Gulf oxyclorit).

4. Qóa tr×nh Alkyl hãa víi propen t¹o ra iso-propylben

(Cumen). Qóa tr×nh oxy ho¸ cumen t¹o ra terta hydroperoxit phï

hîp vµ ®îc chia ra thµnh phenol vµ axetol (qu¸ tr×nh HooK).

5. Qóa tr×nh oxy hãa axit Toluen t¹o benzoic vµ tiÕp tôc oxy

hãa deçcbon t¹o thµnh phenol.

6. §ehydrogen hçn hîp cyclohexalnol-cyclohexaxnol. Tªn cña

qóa tr×nh chØ lµ HooK (qóa tr×nh oxyho¸ cumen). Cã thÓ nãi

qóa tr×nh oxy hãa cumen rÊt quan träng trong c«ng nghiÖp.

Cßn çc qu¸ tr×nh kh¸c ®îc ®îc ®a vµo víi lÝ do kinh tÕ. Trong

qóa tr×nh HooK, axetol ®îc t¹o thµnh nh lµ mét s¶n phÈm phô.

Tuy nhiªn axetol kh«ng g©y trë ng¹i cho sù ph¸t triÓn cña qóa

tr×nh nµy, bëi v× axetol cã gi¸ trÞ kinh tÕ rÊt cao trªn thÞ tr-

êng. HiÖn nay çc nhµ m¸y míi ®îc x©y dùng ®Òu dùa trªn qóa

tr×nh oxyhãa cumen.

I. Qóa tr×nh oxyhãa cumen (Qóa tr×nh HooK).


14


Qóa tr×nh Cumen-phenol lµ c¬ së ®Ó t¹o ra hydroperoxyt

cumen. Qóa tr×nh nµy cã thÓ t¸ch ®îc phenol vµ axetol, ®· ®îc

c«ng bè vµo n¨m 1994 bëi nhµ hãa häc H.HooK vµ S.Lang. Sau

thÕ chiÕn thø hai qóa tr×nh nµy ®îc øng dông víi quy m« nhá.

Nhµ m¸y ®Çu tiªn ®îc x©y dùng vµ ®i vµo ho¹t ®éng n¨m

1952 mang tªn Dio Shawwgon t¹i Canada vµ ®· cho s¶n lîng

kho¶ng 8000 tÊn phªnol trong mét n¨m.

Ngµy nay phenol ®îc s¶n xuÊt còng chÝnh lµ nhê vµo qu¸

tr×nh nµy. Trong çc nhµ m¸y ë MÜ, Canada, Italia, NhËt, T©y

Ban Nha, Ên §é, Mexico, Braxin, §«ng ¢u, vµ níc §øc víi s¶n lîng

®¹t trªn n¨m triÖu tÊn mçi n¨m. Cã çc phô gia lµm nguån

nguyªn liÖu rÊt tèt cho çc qóa tr×nh kh¸c vµ cã gi¸ trÞ kinh tÕ

to lín. VÊn ®Ò ¨n mßn kh«ng x¶y ra, vµ tÊt c¶ çc giai ®o¹n

ph¶n øng ®Òu lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn b×nh thêng víi hiÖu

suÊt cao. §iÒu nµy quyÕt ®Þnh sù ph¸t triÓn nhanh cña qóa

tr×nh nµy.

1.C¬ së lÝ thuyÕt cña qóa tr×nh

Cã hai giai ®o¹n ph¶n øng t¹o thµnh trong qóa tr×nh s¶n

xuÊt phenol tõ Cumen.

1.tr×nh oxyhãa Cumen víi oxy t¹o ra Cumen hydroperoxit.

CH3 CH3

HC CH3 H3C C OOH + O2

2. Qóa tr×nh t¸ch Cumen hydroperoxit víi sù cã mÆt cña mét

sè axit trung b×nh t¹o ra phenol vµ axetol.


15


Tèc ®é oxy hãa cumen b»ng kh«ng khÝ khi kh«ng cã xóc t¸c

hay chÊt khëi ®Çu th× rÊt nhá, v× vËy qu¸ tr×nh tiÕn hµnh

trong nhò t¬ng níc kiÒm (pha ph©n t¸n lµ cumen) víi mét lîng

nhá hydroperoxit cumen sÏ gióp t¨ng tèc ®é cña giai ®o¹n khëi

®Çu ph¶n øng. Møc ®é biÕn ®æi cña cña cumen ®¹t ®Õn 30%

v× vËy khi tiÕp tôc t¨ng nång ®é oxy hãa trong ®iÒu kiÖn cña

qóa tr×nh se x¶y ra sù ph©n huû peroxit vµ t¹o thµnh nh÷ng

hîp chÊt phô kh¸c.

CH3 H3C C OOH OH + H3C – CO –CH3

Sau khi oxy hãa hçn hîp ph¶n øng , ®Ó t¸ch l¾ng líp

hydrocacbon råi ®em ®i ph©n huû trong m«i trêng axit, cßn n-

íc kiÒm ®em quay vÒ ph¶n øng oxy hãa ®Ó ph©n hñy

hydroperoxit ngêi ta cho axit H2SO4 lo·ng vµ®îc lµm xóc t¸c cho

qóa tr×nh. Díi ¸p suÊt ®ã kh«ng nhÊt thiÕt t¸ch hydroperoxit ra

khæi cumen cã lÉn trong hçn hîp .

Qóa tr×nh ph©n huû hydroperoxit thµnh phenol vµ axeton

lµ ph¶n øng to¶ nhiÖt (255kj/ mol), khi thªm H2SO4 ®Ëm ®Æc

ngay c¶ mét lîng kh«ng ®¸ng kÓ th× sù thuû ph©n x¶y ra

®iÒu hoµ.

§ång thêi cïng víi sù ph©n hñy hydroperoxit thµnh phenol vµ

axetol qóa tr×nh cßn t¹o thµnh çc s¶n phÈm phô lµ

axetolphenone vµ metanol (®Æc biÖt ë nhiÖt ®é cao).


16

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp CH3 OH

H3C C OOH H3C C O

+

CH3OH

Ngoµi ra ph©n hñy hydroperoxit ®«i khi còng x¶y ra sù t¸ch

oxy vµ t¹o thµnh rîu bËc ba lµ dimetylphenyl metanol.

CH3 CH3

H3C C OOH H3C C OH

+1/2O2

Khi cã mÆt H2SO4 dimetylphenyl metanol dÔ dµng t¸ch níc

vµ biÕn thµnh -metylstyren (cã nhiÖt ®é s«i lµ 165.50C).

CH3 CH3

H3C C OH C CH2

+ H2O

Çc ph¶n øng biÕn ®æi sÏ t¹o nhiÒu s¶n phÈm kh¸c kh«ng

chØ giíi h¹n ë çc ph¬ng tr×nh trªn. Hçn hîp ®em ®i tinh luyÖn

®Ó t¸ch axetol, cumen, -etylstyren, phenol vµ cÆn bao gåm

phenol, axetolphenon vµ çc s¶n phÈm ngng tô cã nhiÖt ®é s«i

cao.

Cumen d quay l¹i oxy hãa kh«ng ®îc cã - metylstyren bëi v×

hîp chÊt kh«ng no nµy k×m h·m ph¶n øng t¹o thµnh

hydroperoxyt. Nhng viÖc t¸ch - metylstyren phøc t¹p do ®ã ng-


17

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpêi ta thÝch biÕn ®æi nã thµnh Cumen b»ng çch Hydro hãa cã

xóc t¸c.

CH3 CH3

C CH2 H3C C H + H2

Ph¶n øng trªn tiÕn hµmh trong pha láng víi xóc t¸c lµ Ni,

nhiÖt ®é lµ 1000C vµ ¸p su©t kh«ng lín.

2. M« t¶ qóa tr×nh.

Qóa tr×nh oxyhãa Cumen víi sù cã mÆt cña kh«ng khÝ

hoÆc kh«ng khÝ giµu oxy. Qóa tr×nh nµy ®îc x¶y ra trong cÊc

thiÕt bÞ b»ng thÐp hoÆc hîp kim. Qóa tr×nh thùc hiÖn trong ba

th¸p, nã cã thÓ cao h¬n 20m, ngêi ta thêng sö dông çc th¸p

phun ®îc kÕt nèi víi nhau ®Ó thuy ®îc thêi gian lu ph©n bè tèi

u. D·y th¸p ®îc dïng phæ biÕn trong c«ng nghiÖp gåm cã tõ hai

®Õn bèn çi th¸p ph¶n øng. Qóa tr×nh ph¶n øng ®îc thùc hiÖn

ë nhiÖt ®é kho¶ng 90oC ®Õn 120oC

vµ ë ¸p suÊt kho¶ng 0.5 ®Õn 0.7Mpa. KhÝ th¶i tõ thiÕt bÞ ph¶n

øng ®îc lµm l¹nh tõ hai bån ngng tô çc chÊt h÷u c¬ tinh khiÕt.

Níc ®îc sö dông ®Ó lµm m¸t ë giai ®o¹n ®Çu tiªn cña qóa

tr×nh vµ lµm l¹nh ë giai ®o¹n kÕ tiÕp.

Qóa tr×nh oxy hãa Cumen lµ qóa tr×nh xóc t¸c lu chuyÓn tù

®éng, tèc ®é cña ph¶n øng t¨ng víi sù t¨ng cña nång ®é

hydrroperoxit. Çc th¸p thÊp cã thÓ ®îc dông nhanh xóc t¸c nh

lµ Kimla pheta cyanua. Çc hîp chÊt t¹o thµnh song song víi sù


18

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpph©n huû cña hydroperoxit. Tuy nhiªn chóng kh«ng ®îc sö

dông trong c«ng nghiÖp.

Qóa tr×nh ph¶n øng lµ to¶ nhiÖt kho¶ng 800kj/kg Cumen

hydroperoxit. NhiÖt cña ph¶n øng ®îc lÊy ra nhê qóa tr×nh lµm

m¸t. S¶n phÈm phô chÝnh cña qóa tr×nh. Çc s¶n phÈm ®îc t¹o

thµnh do sù ph©n huû nhiÖt hydroperoxit Cumen. Nã x¶y ra

trong kho¶ng nhiÖt ®é lín h¬n 130oC. Çc hîp chÊt lu huúnh nh

lµ sufua, di sunfua, thiol, sunfuaoxit thiophel vµ phenol g©y øc

chÕ qóa tr×nh tù oxy hãa vµ nã b¾t buéc ph¶i chuyÓn khái

Cumen.

Hµm lîng oxy trong khÝ th¶i tõ çc thiÕt bÞ ph¶n øng lµ

kho¶ng 1 ®Õn 6 % thÓ tÝch. Nång ®é oxy tíi h¹n trong trong

qóa tr×nh ch¸y cña hçn hîp cumen- nitro- oxy lµ vµo kho¶ng

8.5% thÓ tÝch víi ¸p suÊt ph¶n øng kho¶ng 0.5 ®Õn 0.6 MPa.

H¬i níc trong pha khÝ dÉn ®Õn hÖ thèng nhÑ h¬n khÝ tr¬.

Nång ®é oxy tíi h¹n vµo kho¶ng 1% thÓ tÝch, nång ®é nµy cao

h¬n nång ®é trong th¸p. Giíi h¹n næ cña hçn hîp kh«ng khÝ vµ

h¬i Cumen lµ kho¶ng 0.8 ®Õn 8.8% thÓ tÝch Cumen ë ¸p suÊt

thêng. ¥ ¸p suÊt 0.5 Mpa trªn giíi h¹n næ 10.3% thÓ tÝch

Cumen. Hçn hîp qóa tr×nh oxy hãa chøa kho¶ng 20 ®Õn 30%

hydroperoxit Cumen. NÕu qóa tr×nh ph¶n øng x¶y ra trong hÖ

thèng alkali-stabol, hçn hîp oxy ho¸ ®îc röa s¹ch b»ng níc vµ

çc muèi v« c¬ tríc qóa tr×nh ph¶n øng. Phenol ®îc chng luyÖn

trong kho¶ng trèng tõ hçn hîp qóa tr×nh oxy hãa ta thu ®îc

nång ®é hydroperoxit kho¶ng 65 ®Õn 90% tríc khi t¸ch ra.

* Qóa tr×nh t¸ch:NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44

19


Qóa tr×nh t¸ch axit xóc t¸c cho ta hydroperoxit Cumen t¹o

ra phenol vµ

axetol tiÕp theo sau thiÕt bÞ trao ®æi ion. Axit sunfuric ®îc sö

dông lµm xóc t¸c tèt nhÊt trong c«ng nghiÖp. Çc axit kh¸c nh lµ

axit percloric, photphoric, p-toluen sunforic, sunfua dioxit, nhê

qóa tr×nh trao ®æi ion nªn ®îc sö dông rÊt cã hiÖu qña.

Qóa tr×nh t¸ch axit xóc t¸c theo hai çch kh¸c nhau. Trong

pha ®ång thÓ, phÇn d cña axetol ®îc thay ®æi ®Ó t¸ch trong

çc ph¶n øng vµ chØ cÇn 0.1 ®Õn 2% axit sunfuric lµ ®ñ cho

qóa tr×nh t¸ch.

NhiÖt ®é trong qóa tr×nh ph¶n øng lµ nhiÖt ®é s«i cña hçn

hîp Axetol vµ Cmen hydroperoxit. Nã ®îc x¸c ®Þnh b»ng hµm l-

îng axetol. NhiÖt t¹o ra tõ qóa tr×nh ph¶n øng táa nhiÖt m¹nh

cña thiÕt bÞ vµo kho¶ng 1680 kj mçi kg hydroperoxit - cumen

thu ®îc b»ng qóa tr×nh bay h¬i axetol tõ hÖ thèng cña qóa

tr×nh ph¶n øng.

Trong pha dÞ thÓ cña qóa tr×nh ph¶n øng hydroperoxit -

cumen ®îc t¸ch tíi 40- 45% axit sunfuric, víi tû sè nång ®é 1:5.

Qóa tr×nh trén lÉn ®îc thùc hiÖn b»ng b¬m li t©m, qóa tr×nh

ph¶n øng thùc sù x¶y ra trong qóa tr×nh lµm m¸t tiÕp theo

tæng ®ã d¶i nhiÖt ®é æn ®Þnh trong kho¶ng 50- 60oC ®îc

duy tr× ë th¸p lµm l¹nh riªng biÖt. Giíi h¹n h×nh thµnh s¶n

phÈm phô lµ thêi gian lu ng¾n kho¶ng 45- 60s. Trong hÖ thèng

lµm l¹nh ®Ó tr¸nh hiÖn tîng ¨n mßn, ®Æc biÖt lµ NiCl2 ngêi ta

sö dông hîp kim .


20


Hydroperoxit - cumen ®îc t¸ch ra tíi mét nång ®é cÆn nhá

h¬n 0.1%. TÊt c¶ rîu dimetyl benzyl ®îc t¹o thµnh tõ s¶n phÈm

phô cña cña qóa tr×nh oxy hãa nh lµ ®ehydro t¹o -

metylstrylen. Lo¹i s¶n phÈm phô sinh ra díi qóa tr×nh t¸ch trong

®iÒu kiÖn cã axit lµ 4 - cumen phenol vµ oxit mesityl.

* Qóa tr×nh lµm viÖc.

Tríc khi qóa tr×nh chng luyÖn cña hçn hîp trong qóa tr×nh

ph¶n øng, axit sunfuric ph¶i ®îc trung hßa hoÆc t¸ch díi d¹ng

cÆn nÕu kh«ng sÏ g©y ¨n mßn,

Sau ®ã míi chuyÓn tíi th¸p lµm viÖc vµ tr¸nh hiÖn tîng ngng

tô cña axits trong hçn hîp ph¶n øng. Sù trung hßa cã thÓ ®îc

t¹o ra víi Natri hydroxyt hoÆc lµ dung dÞch phenolate, pha chøa

muèi ngËm níc cã PH kho¶ng 5-6, ®îc chia t¸ch ra hçn hîp ph¶n

øng. Qóa tr×nh ph¶n øng s©u s¾c h¬n lµ qóa tr×nh ph¶n øng

axit vµ qóa tr×nh trÝch ly cña hçn hîp t¸ch vµ muèi ngËm níc

®èi víi çc muèi trung hßa nh lµ natri sufunate hoÆc níc.

Trong qóa tr×nh lµm viÖc chng luyÖn axetol th« ®îc chng

®Çu tiªn. Nã ®îc tinh chÕ trong kiÒm vµ thiÕt bÞ läc khÝ, sau

®ã tiÕp tôc chng l¹i ®Ó cho s¶n phÈm tinh khiÕt. Cumen vµ -

metyl stylen ®îc chng luyÖn lÊy tõ bån chøa s¶n phÈm cña th¸p

chng axetol th«, phÇn cßn l¹i ®îc chng ®¼ng phÝ víi níc -

metyl stylen cã chøa c¶ cumen. Nã ®îc tuÇn hoµn l¹i hoÆc chng

ph©n ®o¹n ®Ó thu ®îc ®é tinh khiÕt cao vµ t¨ng chÊt lîng cña

s¶n phÈm.


21


Phenol th« ®îc chng luyÖn trong th¸p chng phenol ®îc lµm

giµu b»ng qóa tr×nh chng trÝch ly víi níc hoÆc qóa tr×nh trao

®æi ion. Trong qóa tr×nh tiÕp theo, çc cÊu tö tinh khiÕt gÆp

khã kh¨n trong qóa tr×nh t¸ch sÏ ®îc t¸ch b»ng qóa tr×nh chng

luyÖn. Çc oxit ®îc ngng tô t¹o thµnh çc hîp chÊt cã nhiÖt ®é

s«i cao h¬n.

Phenol ®îc t¸ch víi ®é tinh khiÕt cao h¬n 99,9% b»ng qóa

tr×nh chng tiÕp theo. Cã sù kh¸c biÖt trong qóa tr×nh chng

kh¸c so víi qóa tr×nh chng ®· miªu t¶ ë trªn lµ sau khi t¸ch

axetol th« b»ng qóa tr×nh chng luyÖn, çc hydro cã chøa

phenol th« (c¶ cumen, - metyl stylen) vµ çc t¹p kh¸c ®îc chng

qu¸ nhiÖt víi chÊt láng chng trÝch ly, nh lµ glycol, dietylen lµ s¶n

phÈm tinh chÕ tõ qóa tr×nh cã ®iÓm s«i cao h¬n sÏ ®îc chng

b»ng qóa tr×nh tiÕp theo ®ã.

II. Qóa tr×nh s¶n xuÊt phenol b»ng ph¬ng ph¸p

oxy hãa Toluen.

Qóa tr×nh s¶n xuÊt phenol ®îc ph¸t triÓn ®Çu tiªn bëi Daw

(nhµ ho¸ häc ngêi MÜ ). Nã ®îc duy tr× cho ®Õn tËn b©y giê,

hiÖn nay cã ba nhµ m¸y c«ng nghiÖp tai çc níc lµ MÜ, Canada,

vµ çc vïng kh¸c.

Sau ®ã kÕ ho¹ch s¶n xuÊt ®Çu tiªn ë Nether Land thµnh

c«ng do DSM vµ t¹o ra çc tiªu chuÈn trong c«ng nghiÖp. ë

Viscosa (Italia) ®· dïng qóa tr×nh oxy hãa toluen chØ ®Ó s¶n

xuÊt axit benzoic, lµ qóa tr×nh s¶n xuÊt trung gian cho

capolactam.


22

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpQóa tr×nh nµy tr¶i qua hai giai ®o¹n.

Trong giai ®o¹n thø nhÊt toluen bÞ oxy hãa víi oxy ë ¸p suÊt

khÝ quyÓn víi sù cã mÆt cña xóc t¸c trong pha láng t¹o thµnh

axit benzoic.

CH3 COOH

O2 kk , xt + H2O

Giai ®o¹n thø hai lµ axit benzoic ®îc t¸ch riªng b»ng qóa

tr×nh decacxyl xóc t¸c víi sù cã mÆt cña oxy kh«ng khÝ ®Ó t¹o

ra phenol.

COOH OH

O2 kk , xt + CO2

* C¬ chÕ cña ph¶n øng:

Qóa tr×nh oxy hãa toluen lµ x¶y ra theo c¬ chÕ gèc

gåm cã çc gèc peroxit.

Ar-CH3 Ar-CH2 Ar-CH2-OO Ar-CH2-OOH Ar -CH2-O

Ar-CHO Ar-CO Ar-CO-OO Ar-CO-OOH Ar-CO- OAr-

COOH

N¨ng lîng ho¹t hãa cña qóa tr×nh ph¶n øng oxy hãa to¶

nhiÖt cña toluen t¹o thµnh axit benzoic lµ 136 kj/mol. Mét sè l-

îng lín çc s¶n phÈm gèc trong suèt qóa tr×nh ph¶n øng dÉn tíi

h×nh thµnh mét lo¹t çc s¶n phÈm phô nh lµ rîu benzylic (0.1%),

di pheyl (0.1-0.2%), benzen andehyt (1-2%), benzyl benzoat (1-

2%) vµ metyl diphenyl (0.7-1%), céng thªm vµ ®îc ®ã lµ çc


23

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpaxit nh focmic axetic, vµ çc monoxit cacbon còng ®îc t¹o

thµnh. Qóa tr×nh oxy hãa x¶y ra trong pha láng ë nhiÖt ®é tõ

120 oC -1500C vµ ¸p suÊt kho¶ng 0.5 Mpa víi sù cã mÆt cña xóc

t¸c Co, kho¶ng 30% toluen ®îc chuyÓn hãa thµnh axit benzoic.

§é chän läc ®¹t kho¶ng 90%.

Qóa tr×nh decacboxyl oxy hãa bezoic ®îc thùc hiÖn theo Cu (II)

benzoat. Nã ph¶n øng trong pha h¬i t¹o ra axit benzo Salisilic

vµ sau ®ã ph©n huû t¹o ra axit Salisilic vµ axit benzoic hãa

decacboxyl t¹o ra phenyl benzoat. Phenyl benzoat thuû ph©n víi

sù cã mÆt cña níc t¹o thµnh phenol vµ axit . Trong suèt qóa

tr×nh h×nh thµnh axit benolsalisilic, Cu (II) chuyÓn thµnh Cu (I),

víi sù cã mÆt cña Cu(I) benzol Cu(I) chuyÓn thµnh Cu(II), víi oxy

kh«ng khÝ tèc ®é ph¶n øng rÊt cao.

O C

O O

C 2 OH

+ Cu2+ Cu

O

C O

O C OH O


24

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp - CO2 C-O C = O ( phenyl benzoat )

OH

+ H2O O

C OH O O +H2O C OH OH + C = O OH

Qóa tr×nh ph¶n øng thùc hiÖn ë 220 - 2500C díi ¸p suÊt

b×nh thêng, hoÆc lµ ¸p suÊt nhá(kh«ng qu¸ 0.25Mpa ). §é chän

läc vµo kho¶ng 90 %. S¶n phÈm phô lµ benzen vµ çc chÊt cã

®iÓm s«i cao. Nã t¹o thµnh cÆn sau qóa tr×nh ph¶n øng. Qóa

tr×nh ph¶n øng lµ to¶ nhiÖt, kho¶ng 1425kj mçi kg phenol ®îc

s¶n xuÊt. §Ó s¶n xuÊt mçi tÊn phenol th× chóng ta cÇn tíi

1.45tÊn toluen, 0.3kg Co vµ 3kg §ång.

* Çc xóc t¸c:

Qóa tr×nh oxy hãa Toluen ®ßi hái xóc t¸c Co ph¶i dÔ tan

nh lµ Naphten Coban hoÆc bezoat víi mét lîng tõ 100- 300 ppm.

Qóa tr×nh decacboxyl sÏ hoµ tan muèi Cu(II) cho vµo. Trong

qóa tr×nh ph¶n øng hçn hîp cã mÆt kho¶ng 1-5% Cu. Ngêi ta

c¶i tiÕn ®Ó n©ng cao ®é chän läc b»ng çch cho thªm çc


25

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpmuèi kim lo¹i, chñ yÕu lµ çc muèi magie, chóng ho¹t ®éng thóc

®Èy qóa tr×nh. Do ®ã sau khi ph¸t triÓn hîp chÊt molydiom III

sÏ t¹o ra ®é chän läc cao h¬n muèi Cu (II).

§iÓm kh¸c biÖt cña qóa tr×nh míi ®ã lµ qóa tr×nh cña

Lumnus ®· ®îc sö dông. Xóc t¸c ®îc dïng lµ chøa Cu. Qua ®ã

axit bezoic cã thÓ oxy hãa trong pha h¬i. Nã lµ kÕt qu¶ cña qóa

tr×nh ph¶n øng víi tèc ®é cao. §é chuyÓn hãa kho¶ng 50% vµ

hiÖu suÊt ®¹t kho¶ng 90%. Cã thÓ ®¹t ®îc kho¶ng 1 kg phenol

trªn mçi lÝt thÓ tÝch cña qóa tr×nh ph¶n øng. §iÒu ®ã ph¶n ¸nh

r»ng cÆn chøa nhùa lµ kh«ng ®îc t¹o thµnh. Tuy nhiªn xóc t¸c

ph¶i ®îc t¸i sinh thêng xuyªn h¬n n÷a ®Ó ®a vÒ qu¸ tr×nh

®Çu.

III. Qóa tr×nh s¶n xuÊt b»ng ph¬ng ph¸p nung ch¶y kiÒm víi axit sunfua hãa benzen.

Qóa tr×nh sunfua hãa benzen ®· ®îc ph¸t triÓn vµo n¨m

1867 do hai nhµ hãa häc A . Wurtz vµ A .Kerkule ®îc miªu t¶

b»ng nh÷ng qóa tr×nh díi ®©y.

1. Qóa tr×nh h×nh thµnh axit benzensunfonic b»ng ph¶n øng

cña benzen víi

axit sunfuric ®Æc.

C6H6 + H2SO4 C6H5SO3H + H2O

2. Qóa tr×nh ph¶n øng cña axit bezenesunfoic víi natrisunfit

hoÆc natri cacbonat t¹o ra natribenzensulfonat.

2 C6H5 SO3 H + Na2SO3 2C6H5SO3 Na + H2O

+ SO2


26

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp3. Qóa tr×nh gia nhiÖt benzensulfonat trong natri hydroxit ®Ó t¹o

ra natri phenolat.

C6H5 SO3 Na + 2 NaOH C6H5ONa + H2O +

Na2SO3

4. Qóa tr×nh ph¶n øng cña natri phenolat víi sulfuadioxit hoÆc

CO2 t¹o ra phenol d¹ng tù do.

2C6H5O Na + H2O + SO2 2 C6H5 O H +

Na2SO3

Ngoµi çc s¶n phÈm trªn cßn x¶y ra çc ph¶n øng phô:

- T¹o thµnh diphenyl xylphen.

2 C6H5 SO3 H + C6H6 2 C6H5 SO2C6H5 +

H2O

- T¹o thµnh disunfua axit benzen.

2 C6H5 SO3 H + H2SO4 C6H4 (SO3H)2 +

H2O

- Oxi hãa hoµn toµn benzen:

C6H6 + 15SO3 6 CO2 + 3H2O +15SO2

Qóa tr×nh nµy ®· ®îc sö dông ®Çu tiªn ®Ó tæng hîp ra phenol

trong c«ng nghiÖp. Qóa tr×nh nµy tiÕp tôc ®îc c¶i tiÕn ®Ó

®¸p øng yªu cÇu chÊt lîng thÊp h¬n cña nguyªn liÖu vµ ®Þnh l-

îng çc s¶n phÈm phô. Dioxitsulfua hoÆc cacbon oxit ®îc gi¶i

phãng trong qóa tr×nh ph¶n øng gi÷a axit bezenesunfoic víi

natrisunfit hoÆc natri cacbonate ®îc sö dông cho giai ®o¹n cuèi

®Ó t¹o ra phenol. Qóa tr×nh ph¶n øng gi÷a benzensulfonat víi

natri hydroxit x¶y ra ë kho¶ng nhiÖt ®é 320- 340 0C. MÆt dÇu


27

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpqóa tr×nh ph¶n øng cã thÓ ®îc tiÕp tôc ph¸t triÓn b»ng çc qóa

tr×nh tiÕp theo. Gi¸ trÞ cña çc qóa tr×nh nµy khi so s¸nh víi

qóa tr×nh cumen th× nã cao h¬n, víi hiÖu suÊt ®¹t kho¶ng trªn

90 % ®èi víi cumen. Çc qóa tr×nh ®ã ®ái hái n¨ng lîng cao vµ

g©y « nhiÔm m«i trêng.

IV. Qóa tr×nh s¶n xuÊt phenol b»ng ph¬ng ph¸p

clo hãa benzen.

Clobenzen lµ mét chÊt dÔ t¹o thµnh phenol khi thuû ph©n.

Do ®ã çc qóa tr×nh s¶n xuÊt phenol trªn c¬ së hîp chÊt nµy

®· ®îc ph¸t triÓn tõ l©u vµ ®ang ®îc tiÕn hµnh réng d·i. MÆc

dï nã cã nhiÒu thuËn lîi lµ kh«ng h×nh thµnh axetol trong qóa

tr×nh s¶n xuÊt phenol tõ cumen nhng do vÊn ®Ò kinh tÕ nªn

kh«ng ®îc ¸p dông vµo s¶n xuÊt.

1. Qóa tr×nh thuû ph©n clobenzen b»ng kiÒm.

Ph¬ng ph¸p nµy ®îc dïng trong c«ng nghiÖp tõ n¨m 1928 ë

MÜ khi kh«ng cã nh÷ng nhãm thÕ kh¸c, nguyªn tö clo liªn kÕt

trùc tiÕp víi nh©n th¬m nªn rÊt bÒn v× vËy ph¶n øng thuû

ph©n clobenzen cÇn ph¶i tiÕn hµnh trong ®iÒu kiÖn hÕt søc

kh¾t khe. Clobenzen bÞ thuû ph©n b»ng dung dÞch 10-12%

NaOH.

C¬ chÕ cña qóa tr×nh ph¶n øng.

C6 H5Cl + 2 NaOH C6H5ONa +

NaCl + H2O


28

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpPhenonlate ngng tô víi clobenzen t¹o s¶n phÈm phô lµ ete

difenyl vµ mét lîng kh«ng lín phenolara ocxydifenyl.

C6 H5ONa + C6H5 Cl C6H5O C6H5 +

NaCl

C6H5Cl + C6H5ONa + NaOH C6H5 C6H4ONa

+NaCl +H2O

Ete difenyl l¹i bÞ thuû ph©n

C6H5O C6H5 + H2O 2C6H5OH

KÕt qu¶ nhËn ®îc lµ mét hçn hîp c©n b»ng phenolate vµ

ete difenyl. Hµm lîng ete difenyl trong hçn hîp øng víi hiÖu suÊt

cña nã lµ 10% so víi clo benzen ban ®Çu.

S¶n phÈm láng cña ph¶n øng lÊy ra tõ nåi ph¶n øng èng

xo¾n sau khi h¹ thÊp ¸p suÊt ®a vµo thiÕt bÞ l¾ng. PhÇn trªn

lµ ete difenyl th« ®em ®i tinh luyÖn, phÇn díi lµ phenolate

®em chÕ biÕn víi axit HCl vµ H2SO4 hoÆc CO2.

C6H5ONa + HCl C6H5OH +

NaOH

C6H5ONa + CO2 + H2O 2 C6H5OH +

Na2CO3

Sau khi l¾ng phenol th« ®em ®i tinh luyÖn.

S¶n xuÊt phenol b»ng ph¬ng ph¸p thuû ph©n kiÒm clo benzen

cã thÓ kÕt hîp ®îc víi qóa tr×nh ®iÖn ph©n muèi ¨n vµ clo hãa

benzen. Muèi ¨n dïng trong qóa tr×nh chØ lµ phô. Dung dÞch

muèi ¨n thu ®îc sau khi ph©n hñy phenolate ®em ®i ®iÖn


29

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpph©n cßn kiÒm do ®iÖn ph©n cã chøa NaOH vµ muèi ¨n kh«ng

ph©n hñy dïng ®Ó thñy ph©n clobenzen.

2. Qóa tr×nh s¶n xuÊt phenol b»ng oxy Clorua hãa Gulf.

Gulf ®· nghiªn cøu vµ ph¸t triÓn qóa tr×nh oxy Clorua hãa.

Tuy nhiªn qóa tr×nh nµy cha bao giê ®îc sö dông trong mét nhµ

m¸y c«ng nghiÖp. Trong qóa tr×nh oxyClorua hãa benzen, ph¶n

øng ®îc thùc hiÖn trong pha láng ë 50 -1700C díi ¸p suÊt c©n

b»ng víi mét lîng xóc t¸c axit nitric.

Trong qóa tr×nh Gulf, qóa tr×nh thuû ph©n x¶y ra trªn xóc

t¸c chøa Cu-Lantan phèt ph¸t. Do HCl cã tÝnh ¨n mßn cao nªn

vËt liÖu ®ßi hái ph¶i cã cÊu tróc ®Æc biÖt nh lµ qóa tr×nh

Raschig. VÊn ®Ò m«i trêng cïng ph¶i coi träng lªn hµng ®Çu.

V. Qóa tr×nh dehydro hãa dÉn xuÊt Clohexanol-

Cyclohexanol.

Phenol cã thÓ thu ®îc tõ qóa tr×nh ®ehydro hãa hçn hîp

Clohexanol- Cyclohexanol.

OH O

+ O2 +

OH O OH

n + m (n+m) + (3n+2m)H2


30


Qóa tr×nh nµy ®îc ph¸t triÓn do Scientific Design, cã sö

dông xóc t¸c r¾n ®øng yªn vµ chøa kho¶ng 3% Pt trªn cacbon

ho¹t tÝnh ë nhiÖt ®é t=250-425oC. Xóc t¸c cña qóa tr×nh

®ehdro hãa kh¸c sö dông Co vµ Ni.

Chóng ta sö dông hçn hîp Clohexanol- Cyclohexanol víi tû lÖ

lµ 10:1, cÇn ph¶i sö dông 1.805 tÊn hçn hîp trªn ®Ó s¶n xuÊt

®îc mét tÊn phenol ( hiÖu suÊt ®¹t kho¶ng 97.8 % trong giai

®o¹n ®ehydro hãa. Phenol t¹o thµnh hçn hîp ®ång ®¼ng víi

Clohexanol- Cyclohexanol. V× vËy chóng ta cÇn sö dông qóa

tr×nh chng trÝch ly ®Ó t¸ch chóng ra.

Qóa tr×nh nµy kh«ng cã hiÖu qu¶ kinh tÕ nÕu phenol ®îc

s¶n xuÊt nh lµ s¶n phÈm duy nhÊt b¾t ®Çu tõ nguyªn liÖu lµ

Cyclohexal. Mét sè nhµ m¸y nhá ®· ®îc x©y dùng ë Autralia

b¾t ®Çu tõ nh÷ng n¨m 1965. Çc nhµ m¸y nµy ®· ®îc th¸o bá

sau ®ã do lÝ do kinh tÕ mµ thay vµo ®ã lµ qóa tr×nh s¶n xuÊt

phenol b»ng ph¬ng ph¸p Cumen. Çc giai ®o¹n cña qóa tr×nh

s¶n xuÊt phenol rÊt cã thuËn lîi nÕu chóng ta kÕt hîp víi çc nhµ

m¸y lín sö dông qóa tr×nh oxy hãa Clohexan. CÊu tróc cña qóa

tr×nh nµy gièng nh qóa tr×nh s¶n xuÊt Caplactam.

VI. Qóa tr×nh Axetol hãa.

Qóa tr×nh nµy ®îc ph¸t triÓn bëi Hoechst, bezen ®îc sö

dông lµm nguyªn liÖu ban ®Çu. Trong qóa tr×nh nµy benzen bÞ

oxy hãa víi sù cã mÆt axÝt axetic (qóa tr×nh axetol hãa ) víi

xóc t¸c Palladium. Axetylbenzen hay phenyl axetat thu ®îc b»ng


31

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpqóa tr×nh thuû ph©n sÏ t¹o ra phenol vµ axit axetic. Qóa tr×nh

nµy cha ®îc sö dông ®Ó s¶n xuÊt trong c«ng nghiÖp.

NhËn xÐt:

Trong çc ph¬ng ph¸p s¶n xuÊt phenol ®· nªu trªn th× hiÖn

nay ngêi ta ®· sö dông çc ph¬ng ph¸p chÝnh sau ®©y:

- Qóa tr×nh s¶n xuÊt phenol b»ng ph¬ng ph¸p oxyhãa

cumen (Qóa tr×nh HooK).

- Qóa tr×nh s¶n xuÊt phenol b»ng ph¬ng ph¸p oxy hãa

toluen.

- Qóa tr×nh s¶n xuÊt phenol b»ng ph¬ng ph¸p ®ehyro hçn

hîp Clohexanol- Cyclohexanol.

- Qóa tr×nh s¶n xuÊt phenol b»ng ph¬ng ph¸p clo hãa

benzen.

- Qóa tr×nh s¶n xuÊt phenol b»ng ph¬ng ph¸p nung ch¶y

kiÒm víi axit sunfobenzen.

V× nhiÒu nguyªn nh©n kh¸c nhau trong ®ã chñ yÕu lµ lÝ do

kinh tÕ nªn hiÖn nay ngêi ta chñ yÕu dïng ph¬ng ph¸p oxy hãa

cumen vµ ph¬ng ph¸p oxy hãa toluen vµ mét sè ph¬ng ph¸p

kh¸c nh ph¬ng ph¸p nãng ch¶y kiÒm.

VII. Lý Do lùa chän ph¬ng ph¸p s¶n xuÊt phenol

theo ph¬ng ph¸p kiÒm nãng ch¶y.

Nguyªn chÝnh ®Ó s¶n xuÊt phenol b»ng con ®êng kiÒm

hãa lµ sö dông nguyªn liÖu hydrocacbon th¬m, mµ nguån

nguyªn liÖu nµy chÝnh lµ s¶n phÈm cña qóa tr×nh chng cÊt


32

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpdÇu th«, qóa tr×nh khÝ ho¸ than, khÝ hãa nhiªn liÖu láng. Cã

thÓ nãi nguån nguyªn liÖu nµy cã tr÷ lîng rÊt lín, v× vËy vÊn

®Ò sö dông nã lµm nguyªn liÖu ®Ó tæng hîp çc hîp chÊt h÷u

c¬ kh¸c sao cho cã hiÖu qña lµ ®iÒu hÕt søc quan träng. Qóa

tr×nh tæng hîp phenol lÊy nguån nguyªn liÖu lµ benzen còng

kh«ng n»m ngoµi môc ®Ých ®ã. Do nguån nguyªn liÖu dåi dµo

nªn lµm cho gi¸ thµnh s¶n phÈm h¹ h¬n çc ph¬ng ph¸p kh¸c.

H¬n n÷a c«ng nghÖ cña ph¬ng ph¸p ®· ®îc ph¸t triÓn tõ l©u,

d©y truyÒn s¶n xuÊt ®¬n gi¶n h¬n so víi çc ph¬ng ph¸p kh¸c.

Kinh nghiÖm s¶n xuÊt ®· cã do ®ã chi phÝ ®Çu t vµ s¶n xuÊt lµ

thÊp h¬n so víi çc ph¬ng ph¸p kh¸c.

Ngoµi ra tæng phenol b»ng con ®êng kiÒm hãa sö dông

nguån nguyªn liªu lµ axit sunphuric vµ NaOH lµ hai hîp chÊt cã

gi¸ thµnh rÎ, l¹i dåi dµo s¶n lîng. H¬n n÷a khi s¶n xuÊt b»ng ph-

¬ng ph¸p nµy chóng ta cã thÓ dïng s¶n phÈm Na2SO3 sinh ra

trong qóa tr×nh s¶n xuÊt ®Ó lµm nguyªn liÖu tæng hîp phenol,

do ®ã gi¸ thµnh s¶n xuÊt phenol sÏ gi¶m ®i so víi çc ph¬ng

ph¸p kh¸c.

PHÇN ii

Qu¸ tr×nh s¶n xuÊt phenol b»ng ph¬ng ph¸p

nãng ch¶y kiÒm.


33

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpI. Kh¸i niÖm chung vÒ qóa tr×nh sunpho hãa.

Sunpho hãa lµ qóa tr×nh thay thÕ mét hay nhiÒu nguyªn tö

hydro trong nh©n th¬m b»ng nhãm suphonic - SO3H. S¶n phÈm

gäi lµ axit sunphomic hay sunphoaxit.

Trong kü thuËt tæng hîp çc chÊt h÷u c¬ trung gian,

sunpho hãa cã ý nghÜa hµng ®Çu vµ ®îc øng dông réng r·i. Mét

trong nh÷ng øng dông quan träng nhÊt ®ã lµ ®Ó s¶n xuÊt

phenol.

T¸c nh©n thêng dïng h¬n c¶ lµ axit sunphuric víi nh÷ng

nång ®é kh¸c nhau. Trong kü thuËt thêng dïng lo¹i axit nång ®é

92-93% vµ monohydrat (axit sunphoric nång ®é 98-100%),

Oleum lo¹i 25 vµ 65% (kh«ng ®ãng r¾n ë nhiÖt ®é thêng).

Ngoµi ra cßn dïng mét sè t¸c nh©n sunpho hãa kh¸c nh axit

closunphuric.

Khi dïng t¸c nh©n axit sunphuric (H2SO4), cã thÓ biÓu diÔn

ph¶n øng sunpho hãa b»ng ph¬ng tr×nh nh sau.

ArH + HOSO3H ArSO3H + H2

Sunpho hãa lµ qóa tr×nh thuËn nghÞch, níc t¹o thµnh trong

qóa tr×nh ph¶n øng võa pha lo·ng t¸c nh©n, vµ ph©n huû

sunphoaxit t¹o thµnh (ph¶n øng desunpho hãa). NÕu dïng oleum

víi hµm lîng SO3 sao cho khi bÞ níc ph¶n øng pha lo·ng, nång

®é t¸c nh©n kh«ng thÊp h¬n 100%, cã thÓ kh¾c phôc ®îc

b»ng ph¶n øng thuû ph©n ®ã.


34

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp1. Nh÷ng ®iÒu kiÖn ¶nh hëng ®Õn qóa tr×nh sunpho

hãa.

Nång ®é t¸c nh©n lµ yÕu tè quan träng nhÊt ¶nh hëng tíi

qóa tr×nh ph¶n øng sunpho hãa . Tèc ®é ph¶n øng sunpho hãa

phô thuéc vµo nång ®é t¸c nh©n sunpho hãa ( H2SO4). Khi nång

®é t¸c nh©n thay ®æi, tèc ®é ph¶n øng thay ®æi víi møc ®é

lín h¬n rÊt nhiÒu so víi møc ®é tÝnh to¸n dùa theo ph¬ng

tr×nh ®éng häc b×nh thêng.

V = K.(ArH). (H2SO4)

VÝ dô sunpho hãa 1,6 naptalin di sunphoaxit, nång ®é axÝt

chØ t¨ng 9 % mµ tèc ®é ph¶n øng t¨ng 39 lÇn.

Lîng níc t¹o thµnh trong ph¶n øng sÏ pha lo·ng axit, tèc ®é

ph¶n øng gi¶m ®i râ rÖt, tíi mét møc ®é nµo ®ã cã thÓ coi nh

dõng h¼n. Nång ®é axit sunphoric, biÓu thÞ b»ng %SO3, t¹i ®ã

axit kh«ng cã kh¶ n¨ng sunpho hãa tiÕp tôc n÷a, gäi lµ -

sunpho hãa. Gi¸ trÞ cña -sunpho hãa phô thuéc vµo çc hîp

chÊt h÷u c¬, nhiÖt ®é ph¶n øng vµ sè nhãm sunpho sÏ ®a vµo.

Hîp chÊt cµng dÔ

Sunphu hãa th× gi¸ trÞ cña cµng thÊp víi cïng ®iÒu kiÖn

ph¶n øng nh nhau. §èi víi cïng mét chÊt khi nhiÖt ph¶n øng ®é

t¨ng, -sunpho hãa sÏ gi¶m.

Axit sau khi ph¶n øng (thêng cã nång ®é ) gäi lµ axit ®·

lµm viÖc. §Ó sunpho hãa hoµn toµn lîng nguyªn liÖu ®a vµo,

chóng ta ph¶i tÝnh ®îc lîng t¸c nh©n cÇn cã, dùa vµo nång ®é

axxit ®· lµm viÖc (- sunpho hãa ). Chóng ta cã c«ng thøc

sau:quas


35


x =

x - lîng t¸c nh©n cÇn cã ®Ó monosônpho hãa 1kg hîp

chÊt h÷u c¬, kg.

a - hµm lîng SO3 trong t¸c nh©n sunpho hãa lóc ban ®Çu,

%.

Tõ c«ng thøc trªn chóng ta thÊy: nÕu hµm lîng SO3 trong t¸c

nh©n sunpho hãa ban ®Çu cµng cao th× lîng t¸c nh©n cÇn

thiÕt cµng gi¶m, vµ sù kh¸c biÖt gi÷a a vµ x cµng nhá th× lîng

axit cÇn dïng cµng nhiÒu ( vµ lîng axit ®· lµm còng cµng lín).

Khi chän nång ®é t¸c nh©n, cÇn chó ý tíi giíi h¹n nång ®é

t¸c nh©n. NÕu nång ®é t¸c nh©n cao qóa th× sÏ x¶y ra çc

ph¶n øng phô (nh ph¶n øng t¹o sunpho - polisunpho axit ..) võa

g©y l·ng phÝ nguyªn liÖu l¹i lµm cho s¶n phÈm kÐm tinh khiÕt.

Nång ®é t¸c nh©n cßn ¶nh hëng tíi vÞ trÝ cña nhãm sunpho

trong nh©n th¬m.

* ¶nh hëng cña yÕu tè nhiÖt ®é.

NhiÖt ®é còng ¶nh hëng rÊt lín ®Õn qóa tr×nh sunpho hãa,

kh«ng nh÷ng tíi tèc ®é cña ph¶n øng mµ cßn ¶nh hëng tíi vÞ

trÝ cña nhãm thÕ trong s¶n phÈm. Khi nhiÖt ®é cao qóa giíi h¹n

cho phÐp cã thÓ x¶y ra çc ph¶n øng phô nh oxy hãa hîp chÊt

h÷u c¬, ph¶n øng t¹o sunpho.

* ¶nh hëng cña yÕu tè xóc t¸c.

YÕu tè xóc t¸c còng ¶nh hëng tíi vi trÝ cña nhãm sunpho

trong s¶n phÈm.

2. Çc ph¶n øng phô


36


Khi sunpho hãa cã thÓ x¶y ra mét sè ph¶n øng phô, kh«ng

t¹o ra sunpho axit. ChÝnh nång ®é t¸c nh©n vµ nhiÖt ®é vît

qóa giíi h¹n cho phÐp ®· g©y nªn çc ph¶n øng nµy. Çc ph¶n

øng phô kh«ng nh÷ng g©y hao tæn nguyªn liÖu mét çch v«

Ých mµ cßn lµm gi¶m ®é tinh khiÕt cña s¶n phÈm. V× vËy cÇn

ph¶i khèng chÕ çc ®iÒu kiÖn ph¶n øng sao cho kh«ng ®Ó çc

ph¶n øng phô x¶y ra Ýt nhÊt.

II. C¬ cÊu vµ ®éng häc cña ph¶n øng sunpho hãa.

Tríc khi xÐt c¬ cÊu ph¶n øng chóng ta xÐt qua vÒ b¶n chÊt

hãa häc cña t¸c nh©n sunpho hãa.

1. B¶n chÊt hãa häc cña t¸c nh©n sunpho hãa.

Axit sunphuric khan (100%) ë nhiÖt ®é thêng lµ mét chÊt

liªn hîp ë møc ®é cao, gåm nh÷ng phÇn nhá víi m¹ch dµi h×nh

thµnh liªn kÕt hydro. Chóng ta xÐt cÊu t¹o cña axit sunphuric.

H O O S H O O

Chóng ta thÊy cã sù dÞch chuyÓn ®iÖn tö vÒ phÝa nguyªn

tö oxy nªn mËt ®é ®iÖn tö ë nguyªn tö hydro gi¶m xuèng,

hydro cã xu híng kÐo ®iÖn tö vÒ phÝa m×nh. Do ®ã h×nh

thµnh nªn liªn kÕt hydro. Nhng khi nhiÖt ®é t¨ng, çc liªn kÕt

hydro bÞ ph¸ vì. Axit sunphuric 100% bÞ ph©n li theo ph¬ng

tr×nh sau:

2H2SO4 H3SO4+ + HSO4

-

2 H2SO4 SO3 + H3O+ + HSO4-


37


B»ng çc ph©n tÝch hãa lý ngêi ta nhËn thÊy r»ng trong

axit sunphuric 100% cã 99.7- 99.8% çc ph©n tö ë d¹ng liªn hîp.

Khi nhiÖt ®é t¨ng sù liªn hîp sÏ gi¶m cßn 0.2- 0.3% çc ph©n tö

ph©n ly. Trong dung dÞch axit sunphuric víi níc axit ph©n ly

theo ph¬ng tr×nh sau:

H2SO4 + H2O H3O+ + HSO4

Çc ph©n tö axit sunphuric chØ tån t¹i trong dung dÞch axit

cã nång ®é tõ 75% trë lªn cµng bÞ pha lo·ng axit sunphoric

cµng bÞ ph©n li m¹nh theo ph¬ng tr×nh trªn, do ®ã lîng ion

bisunphat cµng t¨ng.

2. C¬ cÊu ph¶n øng sunpho hãa.

Nh chóng ta ®· thÊy ë trªn, thµnh phÇn t¸c nh©n sunpho

hãa t¬ng ®èi phøc t¹p, b¶n chÊt cña chóng thay ®æi khi hµm l-

îng SO3 vµ H2O trong ®ã thay ®æi.

Trong khèi ph¶n øng sunpho hãa nhiÒu hîp chÊt h÷u c¬ cã

trong axit sunphuric 100%, sÏ bÞ oxy hãa thµnh cation h÷u c¬.

Cho nªn khi cho hîp chÊt h÷u c¬ t¸c dông víi çc t¸c nh©n oxy

hãa, ta ®îc mét hçn hîp ç phÇn tö kh¸c nhau, gåm çc phÇn tö

trung hoµ ( SO3, H2SO4, H2S2O7), çc ion HS2O7-, HSO4

-, SO4-,

H3SO4+ vµ çc hîp chÊt h÷u c¬ ë d¹ng ph©n tö trung hßa hoÆc

cation.

Çc t¸c nh©n HS2O7-, HSO4

-, SO4- kh«ng thÓ lµ t¸c nh©n

sunpho hãa, v× thùc tÕ cho thÊy nhiÒu dung dÞch nh÷ng dung

dÞch chøa nhiÒu ccs ion trªn kh«ng cã kh¶ n¨ng sunpho hãa.


38


3. §éng häc cña ph¶n øng sunpho hãa.

Ph¶n øng sunpho hãa çc hîp chÊt th¬m lµ ph¶n øng thÕ

electrronphin. Tèc ®é cña ph¶n øng sunpho hãa b»ng oleum

hay axit sunphoric cã thÓ viÕt :

W = K. (ArH).(SO3)

Khi ph¶n øng víi axit sunphuric , tèc ®é sunpho hãa tû lÖ

nghÞch víi hµm lîng níc.

W = K

III. Kü thuËt tiÕn hµnh ph¶n øng sunpho hãa.

1. Ph¶n øng sunpho hãa ®îc tiÕn hµnh trong thiÕt bÞ b»ng

thÐp hoÆc gang. Cã çnh khuÊy, vá bäc hay èng xo¾n ®Ó

®un nãng b»ng h¬i níc hay lµm l¹nh b»ng níc thêng, cã èng

c¾m nhiÖt kÕ.

KhuÊy trén lµ yÕu tè quan träng v× khèi sunpho trong

phÇn lín çc trêng hîp lµ dÞ thÓ, qu¸nh, ®Æc khi khèi ph¶n øng

ë d¹ng kh«ng linh ®éng (sunpho hãa, benzen, toluen.. cã thÓ

dïng çnh khuÊy b¬i chÌo) khèi ph¶n øng cã ®é nhít trung b×nh

(sunpho hãa naphatalen thµnh - naphatalen sunphoaxit) cã

thÓ dïng çnh khuÊy h×nh khung, ná neo.

Thø tù cho nguyªn liÖu ph¶n øng phô thuéc vµo nhiÖm vô

vµ ®iÒu kiÖn sunpho hãa. Ph¬ng ph¸p cho çc thµnh phÇn tuú

thuéc vµo tÝnh chÊt cña nguyªn liÖu ban ®Çu vµ nhiÖt ®é

ph¶n øng. Ph¶n øng sunpho hãa thêng ®îc tiÕn hµnh trong

kho¶ng nhiÖt ®é tõ 30- 1800C. NÕu nhiÖt ®é ph¶n øng kh«ng


39

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpcao l¾m ta cho axit vµo thiÕt bÞ ph¶n øng tríc sau ®ã míi cho

nguyªn liÖu ®· ®îc nghiÒn nhá vµo sau (nÕu nguyªn liÖu ë d¹ng

r¾n) ®Ó tèc ®é trong çc phÇn cña thiÕt bÞ ®Òu b»ng nhau.

NÕu sunpho hãa ë nhiÖt ®é cao, ta ®un nãng ch¶y nguyªn liÖu

r¾n sau ®ã míi cho axit vµo.

Sau khi cho hÕt t¸c nh©n ph¶n øng vµ nguyªn liÖu vµo ngêi

ta míi n©ng dÇn nhiÖt ®é cña khèi ph¶n øng lªn tíi nhiÖt ®é

cÇn thiÕt vµ gi÷ nhiÖt ®é ®ã trong

mét kho¶ng thêi gian nµo ®ã. KÕt qña cña ph¶n øng phô thuéc

vµo nhiÒu yÕu tè,

®iÒu cÇn thiÕt lµ ph¶i khèng chÕ nhiÖt ®é sao cho thÝch hîp

nhÊt( nång ®é t¸c nh©n, nhiÖt ®é ph¶n øng, ®é tinh khiÕt cña

nguyªn liÖu, thêi gian ph¶n øng khuÊy trén..). Cã nh vËy ph¶n

øng míi ®¹t hiÖu suÊt cao, chÊt lîng s¶n phÈm tèt.

2. Çc ph¬ng ph¸p t¸ch s¶n phÈm sunpho hãa.

Khi s¶n phÈm sunpho hãa kÕt thóc, cÇn t¸ch s¶n phÈm

(sunpho axit) khái axit ®· lµm viÖc. Chóng ta dùa vµo tÝnh chÊt

cña s¶n phÈm ®Ó chän ph¬ng ph¸p thÝch hîp.

*T¸ch b»ng níc : Sau khi ph¶n øng kÕt thóc, ngêi ta cho vµo

khèi ph¶n øng mét lîng níc l¹nh hoÆc níc ®¸ (®Ó gi¶m ®é hoµ

tan cña sunphoaxit). Sau ®ã sÏ läc s¶n phÈm. Ph¬ng ph¸p nµy

®¬n gi¶n, kinh tÕ nhÊt. Nhng chØ v× ¸p dông ®îc ®èi víi

nh÷ng sunphoaxit kh«ng tan trong níc nªn ph¬ng ph¸p nµy

kh«ng ®îc ¸p dông réng r·i.


40


* Ph¬ng ph¸p dïng muèi ¨n : Khi cho dung dÞch NaCl vµo

khèi ph¶n øng hoÆc cho vµo khèi ph¶n øng ®· ®îc pha lo·ng

b»ng níc, sÏ x¶y ra ph¶n øng t¹o muèi cña sunphoaxit.

*Dïng natri sunphit: Sunphoaxit sÏ t¸c dông víi sunphit natri

t¹o ra muèi natri nh sau:

ArSO3H + Na2SO3 ArSO3Na + SO2 +

H2O

§©y lµ ph¬ng ph¸p phæ biÕn nhÊt, ®îc øng dông réng r·i

nhÊt, do cã nhiÒu u ®iÓm h¬n so víi çc ph¬ng ph¸p kh¸c. Ph-

¬ng ph¸p ¸p dông cho qóa tr×nh s¶n xuÊt phenol vµ naphtol lµ

chÝnh, v× nã tËn dông ®îc natri sunphit t¹o thµnh trong qóa

tr×nh ph¶n øng nãng ch¶y kiÒm:

ArSO3Na + 2NaOH ArONa + Na2SO3 +

H2O

§Ó trung hoµ sunphoaxit theo phîng tr×nh trªn, vµ ngîc l¹i

phÕ liÖu cña qóa tr×nh trªn dïng (SO2 vµ H2O) ®îc dïng ®Ó axit

hãa phenolat:

2ArONa + SO2 + H2O 2 Ar OH + Na2SO3

Ph¬ng ph¸p nµy kh«ng khã kh¨n vÒ mÆt kü thuËt tiÕn

hµnh ph¶n øng l¹i cã thÓ tiÕt kiÖm ®îc nguyªn liÖu.

Ngoµi ra cßn cã nhiÒu ph¬ng ph¸p kh¸c n÷a nh ph¬ng ph¸p

t¸ch b»ng soda, t¸ch b»ng KCl, t¸ch b»ng CaCO3.

IV. Giíi thiÖu vÒ Benzensunphoaxit

Benzen sunphoaxit khan C6H5SO3H lµ chÊt kh«ng mµu, kh«

kh«ng bay h¬i, nãng ch¶y ë nhiÖt ®é 510C, ph©n huû khi bÞ


41

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp®un nãng. Benzen sunphoaxit kü thuËt cã mµu tèi, chøa çc t¹p

chÊt H2SO4 vµ níc Benzen sunphoaxit tan trong níc. Benzen

sunphoaxit lµ mét axit m¹nh, ph©n ly trong níc

SO3H SO3-

+ H+

Muèi Natri cña benzen sunphoaxit ph¶n øng víi kiÒm (NaOH)

nãng ch¶y cho phenolnatri, sau ®ã axit hãa cho phenolnatri.

§©y lµ mét trong nh÷ng ph¬ng ph¸p s¶n xuÊt phenol trong

c«ng nghiÖp benzen sunphoaxit ®îc s¶n xuÊt theo nh÷ng ph-

¬ng ph¸p kh¸c nhau. Ph¬ng ph¸p sunpho hãa trong pha láng vµ

ph¬ng ph¸p sunpho hãa trong pha h¬i trong ®ã sunpho hãa

trong h¬i ®¹t hiÖu qu¶ cao h¬n.

V. Qóa tr×nh thay nhãm sunpho b»ng nhãm

hydroxyl theo ph¬ng ph¸p nãng ch¶y kiÒm.

Mét trong nh÷ng ph¬ng ph¸p chuyÓn hãa quan träng nhÊt

cña çc sunphoaxit d·y th¬m lµ cacspo thay thÕ nhãm

sunphoaxit b»ng nhãm hydroxyl khi cho muèi cña sunphoaxit

t¸c dông víi hydroxyl kim lo¹i kiÒm ë d¹ng nãng ch¶y:

ArSO3Na + 2 NaOH ArONa +Na2SO3 +

H2O

Ngµy nay ph¬ng ph¸p nãng ch¶y kiÒm lµ ph¬ng ph¸p chñ

yÕu ®Ó tæng hîp çc dÉn xuÊt oxy cña d·y th¬m.


42

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp1. C¬ cÊu cña ph¶n øng.

C¬ cÊu cña ph¶n øng.

T¸c nh©n nãng ch¶y kiÒm th«ng dông h¬n c¶ lµ NaOH v×

rÎ h¬n nhiÒu so çc t¸c nh©n kh¸c. Trong qui m« s¶n xuÊt nhá

hoÆc s¶n xuÊt çc lo¹i s¶n phÈm qói , nÕu NaOH kh«ng ®ñ kh¶

n¨ng ph¶n øng cã thÓ dïng KOH. Trong mét sè trêng hîp ngêi ta

cßn dïng hçn hîp NaOH vµ KOH, v× nhiÖt ®é nãng ch¶y cña hçn

hîp thÊp h¬n so víi nhiÖt ®é cña tõng cÊu tö riªng biÖt.

KiÒm ë d¹ng nãng ch¶y lµ t¸c nh©n ph¶n øng rÊt m¹nh. Khi

t¸c dông víi hîp chÊt h÷u c¬ kh«ng no, phÇn tö kiÒm cã xu híng

kÕt hîp theo phÇn tö nèi ®«i. Khi muèi cña sunphoaxit ph¶n øng

víi kiÒm nãng ch¶y, ph©n tö kiÒm sÏ sÏ kÕt hîp víi nh©n th¬m,

sau ®ã míi t¸ch ph©n tö sunphit ®Ó t¹o phenolat.

SO3Na ONa SO3Na + NaOH + NaOH H ONa H + Na2SO3 + H2O

Sau khi axit hãa pheolat ta ®îc phenol. Nhãm OH thêng

vµ®îc vÞ trÝ cña cña nhãm SO3H.Trong thùc tÕ s¶n xuÊt, song

song víi qóa tr×nh chÝnh - thay nhãm -SO3H b»ng nhãm OH -

bao giê còng x¶y ra mét sè ph¶n øng phô nh chuyÓn hãa s¶n

phÈm kÕt hîp t¹o thµnh hydrro cacbon vµ sunphat.


43


Cã thÓ biÓu diÔn çc ph¶n øng x¶y ra trong qóa tr×nh nãng

ch¶y kiÒm theo s¬ ®å sau:

ArSO3Na + NaOH

ArSO3Na .NaOH (1)

ArSO3Na .NaOH + NaOH ArOH +

Na2SO3 + H2O (2)

ArSO3Na .NaOH ArOH +

Na2SO4 (3)

Ph¶n øng thø hai lµ ph¶n øng chÝnh. Trong mét sè trêng

hîp, ph¶n øng (3) sÏ kh«ng x¶y ra. TÝnh chÊt thuËn nghÞch cña

qóa tr×nh t¹o s¶n phÈm kÕt hîp ®· ®îc chøng minh b»ng ph¶n

øngM-sunphoaxit cña phenol khi cho Rezocxin t¸c dông víi

bisunphit.

2.Nh÷ng ®Æc ®iÓm cña ph¶n øng nãng ch¶y kiÒm.

Th«ng thêng trong çc ph¶n øng nãng ch¶y kiÒm, ta thÊy vÞ

trÝ cña nhãm OH trong s¶n phÈm chÝnh lµ vÞ trÝ cña nhãm -

SO3Na trong hîp chÊt ban ®Çu. Nh÷ng hiÖn tîng ®ã kh«ng ph¶i

bao giê còng x¶y ra, nhãm -OH kh«ng ph¶i bao giê còng chiÕm

vÞ trÝ cña nhãm -SO3H. Nh chóng ta ®· biÕt ph¶n øng nãng

ch¶y kiÒm çc sunphoaxit, hoÆc nãi chung qóa tr×nh ®a nhãm

-OH vµ nh©n th¬m b»ng t¸c dông cña kiÒm lµ ph¶n øng thÕ

nucleophin. Ion OH- sÏ vµ®îc vÞ trÝ cã mËt ®é ®iÖn tö nhá

nhÊt.

MËt ®é ®iÖn tö t¹i nguyªn tö cacbon liªn kÕt víi nhãm -

SO3H cã bÞ gi¶m ®i do ¶nh hëng c¶m øng cña nguyªn tö S


44

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpmang ®iÖn ®iÖn tÝch d¬ng trong nhãm -SO3H. Cho nªn trong

nhiÒu trêng hîp, nhãm -OH sÏ vµo vÞ trÝ cña cña nhãm -SO3H.

Song mËt ®é ®iÖn tö t¹i nh÷ng nguyªn tö cacbon kh«ng

liªn kÕt víi nhãm -SO3H còng cã thÓ gi¶m xuèng do ¶nh hëng

cña çc nhãm thÕ kh¸c. Cho nªn nhãm -OH còng cã thÓ ph¶n

øng víi çc nguyªn tö cacbon ë nhãm nµy.

Çc ®iÒu kiÖn ph¶n øng nh nhiÖt ®é, nång ®é t¸c nh©n,

lo¹i t¸c nh©n ®îc quyÕt ®Þnh bëi ®é ho¹t ®éng cña nhãm -

SO3H. TÊt nhiªn nÕu nhãm -SO3H cïng ho¹t ®éng, ph¶n øng sÏ

cµng dÔ dµng h¬n. Nhãm -SO3H trong benzen sunphoaxit lµ

nhãm kÐm ho¹t ®éng nªn ph¶n øng ®ßi hái ë nhiÖt ®é cao,

trªn 3000C.

VËy khi biÕt b¶n chÊt cña sunphoaxit, chóng ta cã thÓ tiÕn

hµnh ph¶n øng mét çch t¬ng ®èi dÔ dµng, lùa chän ®îc çc

®iÒu kiÖn ph¶n øng thÝch hîp.

3. Kü thuËt tiÕn hµnh ph¶n øng.

a) Nguyªn liÖu.

Hai t¸c nh©n chñ yÕu trong ph¶n øng nãng ch¶y kiÒm lµ

muèi cña sunphoaxit (sunphonat) vµ kiÒm. ®Ó ®¹t hiÖu suÊt

cao vµ chÊt lîng cña s¶n phÈm tèt cÇn tinh chÕ çc t¸c nh©n

khái çc t¹p chÊt g©y tæn h¹i cho qóa tr×nh ph¶n øng.


45


Sunphoaxit tham gia ph¶n øng ë d¹ng muèi - suphonat. Lîng

t¹p chÊt v« c¬ (nh NaCl, Na2SO4) trong ®ã kh«ng ®îc qóa 10%

träng lîng sunphonat. Çc t¹p cahats v« c¬ kh«ng tan trong

kiÒm nãng ch¶y, t¹o thµnh côc, gi¶m ®é linh ®éng cña khèi

ph¶n øng dÉn ®Õn qóa nhiÖt côc bé vµ cã thÓ x¶y ra hiªn ch¸y

khèi ph¶n øng khi nhiÖt ®é thµnh thiÕt bÞ t¨ng cao trªn 3000C.

§é axit cña muèi sunpho còng cã h¹i ®èi víi ph¶n øng v× ph¶i

tèn kiÒm ®Ó trung hoµ axit, mÆt kh¸c ph¶n øng trung hoµ l¹i

t¹o thµnh çc muèi v« c¬, ¶nh hëng kh«ng tèt tíi ph¶n øng.

Trong kiÒm (NaOH vµ KOH) thêng cã t¹p chÊt clorat dÔ g©y

ph¶n øng oxy hãa. V× vËy cÇn ph¶i t¸ch çc t¹p chÊt ®ã tríc khi

®a vµo ph¶n øng.

b) Çc ®iÒu kiÖn ph¶n øng.

Theo ph¬ng tr×nh ph¶n øng ph¶i dïng 2 mol NaOH cho mét

nhãm -SO3H. Nhng trong thùc tiÔn s¶n xuÊt còng nh trong

phßng thÝ nghiÖm ®Òu ph¶i cho d NaOH tõ 3 ®Õn 4 mol vµ cã

thÓ cao h¬n n÷a. §Ó gi¶m tiªu hao kiÒm cÇn chän sunphoaxit

cã chÊt lîng cao, chän thiÕt bÞ ph¶n øng thÝch hîp vµ khèng

chÕ çc ®iÒu kiÖn ph¶n øng theo ®óng çc yªu cÇu.

§Ó t¨ng ®é linh ®éng cña khèi ph¶n øng vµ gi¶m nhiÖt ®é

cña khèi ph¶n øng cã thÓ cho thªm tõ tõ 5-10% níc. Khi ®ã

nhiÖt ®é cña khèi ph¶n øng sÏ tõ 270 -2800C. Níc t¹o thµnh

trong ph¶n øng sÏ lµm cho khèi ph¶n øng linh ®éng h¬n.

Sunphonat ®îc ®a vµo tõng mÎ ë d¹ng bét hay dung dÞch

b·o hßa trong níc. NÕu dïng sunphonat ë d¹ng dung dÞch ph¶n

øng sÏ dÔ dµng h¬n, kh«ng t¹o bät, kh«ng cã bôi.


46


Sau khi cho tÊt c¶ sunphonat vµo, võa khuÊy trén võa n©ng

nhiÖt ®é cña khèi ph¶n øng lªn tíi møc cÇn thiÕt, gi÷ nhiÖt ®é

cña khèi ph¶n øng trong mét thêi gian. Trong khèi ph¶n øng

chøa phenolat, sunphit vµ kiÒm d.

c) Çc ph¬ng ph¸p nãng ch¶y kiÒm.

Ph¶n øng nãng ch¶y kiÒm cã thÓ tiÕn hµnh trong ®iÒu

kiÖn ¸p suÊt thêng. ThiÕt bÞ ph¶n øng ®îc chÕ t¹o b»ng gang,

®¸y cong, cã çnh khuÊy. §îc ®èt nãng b»ng khÝ lß, than, b»ng

dÇu, hoÆc ®èt nãng b»ng ®iÖn. Trong qóa tr×nh ph¶n øng

thiÕt bÞ ®îc ®Ëy n¾p kÝn, cã cöa cho nguyªn liÖu vµo. Trong

kü thuËt ph¬ng ph¸p nãng ch¶y kiÒm ®îc ¸p dông réng r·i nhÊt.

VI. Qóa tr×nh s¶n xuÊt phenol.

Qóa tr×nh s¶n xuÊt phenol b»ng ph¬ng ph¸p nãng ch¶y

kiÒm thÓ hiÖn qua çc giai ®o¹n ph¶n øng sau ®©y:

1. Qóa tr×nh h×nh thµnh axit benzensunfonic b»ng ph¶n øng

cña benzen víi

axit sunfuric ®Æc.


2. Qóa tr×nh ph¶n øng cña axit bezensunfoic víi natrisunfit

hoÆc natri cacbonat t¹o ra natribenzensulfonat.

2 C6H5 SO3 H + Na2SO3 2C6H5SO3 Na + H2O

+ SO2

3. Qóa tr×nh gia nhiÖt benzensulfonat trong natri hydroxit ®Ó t¹o

ra natri phenolat.


47


C6H5 SO3 Na + 2 NaOH C6H5O Na + H2O +

Na2SO3

4. Qóa tr×nh ph¶n øng cña natri phenolat víi sulfuadioxit hoÆc

CO2 t¹o ra phenol d¹ng tù do.

2C6H5ONa + H2O + SO2 2 C6H5 O H +

Na2SO3

Tríc ®©y ngêi ta trung hoµ benzen sunphoaxit b»ng

Na2SO3 vµ axit hãa phenolat b»ng H2SO4. Sau nµy ngêi ta tËn

dông phÕ liÖu cña çc giai ®o¹n kh¸c nhau Na2SO3 , SO2 , H2O

®Ó trung hßa benzen sunphoaxit vµ axit hãa phenolat.

S¬ ®å d©y truyÒn s¶n xuÊt phenol theo ph¬ng ph¸p kiÒm

nãng ch¶y ®îc tr×nh bµy theo s¬ ®å s¶n xuÊt ë trang bªn.

ThuyÕt minh s¬ ®å d©y truyÒn s¶n xuÊt.

1. Chó thÝch s¬ ®å s¶n xuÊt .

1 - ThiÕt bÞ s«i (nåi h¬i).

2 - ThiÕt bÞ qóa nhiÖt cña h¬i benzen.

3 - Th¸p sunpho hãa.

4 vµ 13 - ThiÕt bÞ ngng.

5 vµ 11 - ThiÕt bÞ l¾ng.

6 - Th¸p trung hoµ.

7 - Nåi nung ch¶y kiÒm

8 - ThiÕt bÞ dËt t¾t

9 - M¸y läc ly t©m.

10 - Th¸p ®Ó ph©n huû phenolat.


48


12 - ThiÕt bÞ luyÖn ch©n kh«ng.

14 - B×nh chøa çc s¶n phÈm tinh luyÖn.

2. Qóa tr×nh ho¹t ®éng cña th¸p.

Benzen míi vµ benzen thu håi ®îc ®a liªn tôc vµo thiÕt bÞ bèc

h¬i benzen 1. ThiÕt bÞ ®îc ®un nãng b»ng h¬i níc ë ¸p suÊt 7 -

8 at. H¬i benzen t¹o thµnh ®îc ®un qóa nhiÖt trong thiÕt bÞ 2,

sau ®ã vµo phÇn díi cña th¸p sunpho hãa 3. Th¸p ®îc tíi b»ng

H2SO4. Khi ch¶y theo çc ®Üa H2SO4 sÏ ph¶n øng víi benzen t¹o

thµnh benzen sunphoaxit , tô l¹i díi ®¸y th¸p. H¬i benzen cßn d

sau ph¶n øng vµ h¬i níc ph¶n øng ®îc ngng tô trong thiÕt bÞ 4

vµ l¾ng trong thiÕt bÞ 5. Benzen thu håi ®îc ®a trë l¹i ph¶n

øng.

Benzen sunphoaxit vµo phÇn trªn cña th¸p trung hßa 6. Ngêi

ta cho Na2SO3 liªn tôc vµo th¸p. Khi ®i tõ trªn xuèng theo

nh÷ng tÇng h×nh nãn, C6H5SO3Na sÏ t¸c dông víi Na2SO3 t¹o

dung dÞch ®Æc C6H5SO3Na vµ khÝ SO2. KhÝ SO2 sang th¸p axit

hãa phenolat C6H5SO3Na sang thiÕt bÞ ch¶y kiÒm 7 ®· chøa

NaOH nãng

ch¶y. N©ng nhiÖt ®é khèi ph¶n øng lªn 330 0C gi÷ nhiÖt ®é

nµy trong kho¶ng thêi gian tö 6 - 9 giê. Hçn hîp nãng ch¶y gåm

kho¶ng 40% C6H5ONa, 45% Na2SO3, cßn l¹i lµ Na2SO4 vµ nguyªn

liÖu d ®îc ®a sang thiÕt bÞ dËp t¾t chøa s½n Na2SO3. Trong

thiÕt bÞ dËp t¾t, C6H5ONa tan trong dung dÞch, Na2SO3 t¸ch

khái dung dÞch ë d¹ng tinh thÓ. B»ng thiÕt bÞ quay ly t©m

chóng ta t¸ch ®îc dung dÞch C6H5ONa vµ Na2SO3 ra khái tinh

thÓ Na2SO3. Tinh thÓ Na2SO3 ®îc ®a sang giai ®o¹n trung hoµ


49

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpbenzen sunphoaxit trong thiÕt bÞ 6 phenolat ®îc axit hãa thµnh

phenol. Sau ®ã l¾ng vµ t¸ch phenol khái dung dÞch Na2SO4.

Phenol cã nhiÖt ®é s«i cao nªn ph¶i chng cÊt trong ch©n

kh«ng b»ng h¬i níc 7-8 at. H¬i s¶n phÈm cho qua thiÕt bÞ ngng

tô, ®îc ®a vµo thïng chøa. §Ó tr¸nh hiÖn tîng phenol kÕt tinh

lµm t¾c ®êng èng, ngêi ta cho níc nãng ch¶y qua thiÕt bÞ ngng

tô. Chng phenol th« ta ®îc lÇn lît çc s¶n phÈm nh sau:

- Níc phenol dïng trong giai ®o¹n dËp t¾t khái kiÒm nãng

ch¶y cïng víi dung dÞch sunphatnatri.

- Phenol kü thuËt thu ®îc sau khi chng cÊt l¹i hai lÇn n÷a ta

®îc phenol tinh khiÕt.

- Nhùa phenol dïng lµm chÊt tÈy trïng vµ chÊt tÈy ®éc.

PhÇn III:

TÝnh to¸n


50


Ch¬ng I: TÝnh c©n b»ng vËt chÊt trong çc qóa

tr×nh s¶n xuÊt

Çc sè liÖu ®Çu vµo cña qóa tr×nh s¶n xuÊt

Nång ®é cña çc nguyªn liÖu

N¨ng suÊt cña nhµ m¸y lµ 55.000 tÊn/n¨m.

Benzen kü thuËt gåm 96% benzen vµ 4% níc.

LÊy d 1,06 mol so víi tû lÖ ph¶n øng

Sunfit natri 82%, 14% níc vµ 1% t¹p chÊt.

NaOH 85%, lÊy d 20% so víi tû lÖ ph¶n øng.

SO2 lÊy ë ph¶n øng trung hoµ.

HiÖu xuÊt cña çc qóa tr×nh ph¶n øng nh sau.

- HiÖu xuÊt cña qóa tr×nh sunfo hãa : 96%

- HiÖu xuÊt cña qóa tr×nh trung hßa lµ : 100%

- HiÖu xuÊt cña qóa tr×nh nung ch¶y kiÒm : 95%

- HiÖu xuÊt cña qóa tr×nh dËp t¾t : 99%

- HiÖu xuÊt cña qóa tr×nh läc : 98%

- HiÖu xuÊt cña qóa tr×nh axit hãa : 99,5 %

- HiÖu xuÊt cña qóa tr×nh l¾ng : 99 %

- HiÖu xuÊt cña qóa tr×nh chng cÊt : 97%

- HiÖu xuÊt chung cña çc qóa tr×nh : 85,5%

Trong qóa tr×nh s¶n xuÊt mét n¨m ph¶i cã mét thêi gian

söa ch÷a vµ b¶o qu¶n nhÊt ®Þnh,víi sè ngµy nghØ lµ 25 ngµy.

Do ®ã sè ngµy lµm viÖc trong mét n¨m lµ 340 ngµy. Tõ ®ã

chóng ta cã thÓ tÝnh ®îc phenol s¶n xuÊt ®îc trong mét giê lµ:


51


Lîng phenol s¶n xuÊt trong mét giê

(kg/h)

I. TÝnh c©n b»ng vËt chÊt cho qóa tr×nh sunpho

hãa.

Çc ph¶n øng x¶y ra trong qóa tr×nh sunpho hãa:


(1)

C6H5SO3H + H2SO4 C6H4(SO3H)2 + H2O

(2)

C6H5SO3H + C6H6 C6H5 - SO2 - C6H5 + H2O

(3)

VËy lîng benzen tinh khiÕt cÇn ®Ó s¶n xuÊt ®îc 6740,196 kg

phenol trong mét giê lµ:

(kg/h)

Víi hiÖu xuÊt cña qóa tr×nh tÝnh theo benzen lµ 85,5% nªn lîng

benzen tinh khiÕt cho qóa tr×nh lµ :

(kg/h)

= 83,86 ( kmol/h)

Lîng benzen kü thuËt gåm 96% vµ 4% lµ níc.

(kg/h)

= 87,36 (kmol/h)

+ Lîng H2SO4 ®a vµo thiÕt bÞ.

Lîng H2SO4 tinh khiÕt ®îc tÝnh theo ph¶n øng (1) nh sau:


52

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp 87,36.98 = 8561,28 (kg/h)

Nhng trong thùc tÕ lîng H2SO4 ®a vµo d 1,06 mol so víi tû lÖ

ph¶n øng. Do ®ã lîng H2SO4 tinh khiÕt lµ 8561,28 + (1,06.98)

= 8665,16 (kg/h)

Lîng axit H2SO4 kü thuËt gåm 98% vµ 2% t¹p chÊt:

(kg / h)

Lîng t¹p chÊt vµo thiÕt bÞ.

Lîng t¹p chÊt cã trong benzen

6813,99.0,04 = 272,56 (kg/h)

Lîng t¹p chÊt cã trong axit H2SO4

8842.0,02 = 176,84 (kg/h)

Nh vËy tæng lîng t¹p chÊt cã trong nguyªn liÖu lµ :

272,56 + 176,84 = 449,4 (kg/h)

Lîng vËt chÊt ra khái thiÕt bÞ

S¶n phÈm chÝnh cña qóa tr×nh sunpho hãa lµ benzen

sunpho axit. Ngoµi ra cßn cã mét sè s¶n phÈm phô chñ yÕu

kh¸c nh Benzen disunphua axit, di phenyl, vµ mét Ýt nguyªn

liÖu. Theo gi¶ thuyÕt th× hiÖu xu¸t cña qóa tr×nh sunpho hãa

lµ 96%. VËy lîng C6H6 ®É chuyÓn ho¸ thµnh benzen sunpho axit

lµ:

6541,436.0,96 = 6279,78 (kg/h)

Lîng H2SO4 cÇn cã lµ

(kg/h)

Lîng C6H5SO3H thu ®îc lµ :


53

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp (kg/h)

Lîng H2O thu ®îc lµ :

(kg/h)

Tõ ph¬ng tr×nh (1) vµ (2) ta cã ph¬ng tr×nh tæng hîp sau:

C6H6 + 2 HO – SO3H C6H4(SO3H)2 + 2 H2O (4)

Ph¶n øng t¹o Benzen disunpho axit x¶y ra khã kh¨n h¬n.

Trªn thùc tÕ lîng benzen tiªu tèn cho ph¶n øng nµy chiÕm

kho¶ng 1% nguyªn liÖu cho vµo. Nªn lîng benzen tiªu tèn cho

qóa tr×nh nµy lµ :

6541,436.0,01 = 65,414 (kg/h)

Theo ph¶n øng (4) ta cã thÓ tÝnh ®îc:

Lîng H2SO4 tiÕu tèn cho qóa tr×nh nµy lµ:

(kg/h)

Lîng C6H4(SO3H)2 t¹o thµnh trong qóa tr×nh nµy lµ:

(kg/h)

Lîng H2O t¹o thµnh trong qóa tr×nh nµy lµ:

(kg/h)

VËy lîng H2SO4 tiÕu tèn cho qóa tr×nh nµy lµ: 164,37

(kg/h)

Lîng C6H4(SO3H)2 t¹o thµnh trong qóa tr×nh nµy lµ: 119,6

(kg/h)


54

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpLîng H2O t¹o thµnh trong qóa tr×nh nµy lµ: 32,707

(kg/h)

Tõ ph¶n øng (1) vµ (3) ta cã ph¶n øng (5)

2C6H6 + 2HO - SO3H C6H5 - SO2 - C6H5 + 2H2O

(5)

Trong thùc tÕ lîng benzen tiªu tèn cho qóa tr×nh nµy kho¶ng

1% lîng nguyªn liÖu nªn lîng benzen tiªu tèn cho qóa tr×nh nµy

lµ:

6541,436.0,01 = 65,414 (kg/h)

Theo ph¶n øng (5) ta cã thÓ tÝnh ®îc:

Lîng H2SO4 tiÕu tèn cho qóa tr×nh nµy lµ:

(kg/h)

Lîng C6H5 - SO2 - C6H5 t¹o thµnh cho qóa tr×nh nµy lµ

(kg/h)

Lîng H2O t¹o thµnh trong qóa tr×nh nµy lµ

(kg/h)

Nh vËy lîng benzen tinh khiÕt d trong qóa tr×nh nµy lµ

6541,436 - (6279,78 + 65,414 + 65,414) = 130,828

(kg/h)

VËy lîng benzen kü thuËt cßn d t¬ng øng lµ

(kg/h)

Lîng H2SO4 tinh khiÕt d trong qóa tr×nh lµ

8665,16 - (7889,98 + 164,37 + 41,09) = 569,72

(kg/h)


55

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpVËy lîng H2SO4 kü thuËt d t¬ng øng lµ

(kg/h)

Lîng níc t¹o thµnh trong qóa tr×nh nµy lµ

1449,18 + 32,707 + 15,1 = 1496,99 (kg/h)

Tõ qóa tr×nh tÝnh to¸n ë trªn cho qóa tr×nh sunpho hãa ta thu

®îc b¶ng c©n b»ng vËt chÊt sau.

Lîng nguyªn

liÖu vµo

Kg / h Lîng s¶n phÈm ra Kg / h

C6H6 6541,436 C6H5SO3H 12720,58

H2SO4 8665,16 C6H4(SO3H)2 199,6

T¹p chÊt 449,4 C6H5 - SO2 - C6H5 91,41

H2O 1496,99

C6H6 d 130,828

H2SO4 d 569,72

T¹p chÊt 449,4

Tæng lîng

vµo

15655,99

6

Tæng lîng ra 15658,52

8

II. TÝnh c©n b»ng cho qóa tr×nh trung hoµ.

Çc s¶n phÈm ra khái qóa tr×nh sunpho hãa sÏ vµo thiÕt bÞ

trung hßa gåm cã çc s¶n phÈm sau: benzen sunpho axit,

benzen disunpho axit, di phenyl, sunphonat vµ mét phÇn H2SO4

d, kho¶ng 10% lîng axit kh«ng ph¶n øng vµ

b»ng 0,1.569,72 = 56,972 (kg/h)


56

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpÇc ph¶n øng x¶y ra trong qóa tr×nh trung hßa lµ

2 C6H5SO3H + Na2SO3 2 C6H5SO3Na + H2O + SO2

(6)

C6H4(SO3H)2 + Na2SO3 C6H4(SO3Na)2 + H2O + SO2

(7)

H2SO4 + Na2SO3 Na2SO4 + H2O + SO2

(8)

Lîng H2SO4 dïng cho qóa tr×nh trung hoµ ®îc tÝnh nh sau.

V× hiÖu xuÊt cña qóa tr×nh trung hoµ lµ 100% nªn lîng

C6H5SO3H ®· ®îc

chuyÓn hãa lµ: 12720,58.1 = 12720,58 (kg/h)

Theo ph¶n øng (6) lîng Na2SO3 cÇn thiÕt cho ph¶n øng (6) lµ:

(kg/h)

Lîng C6H5SO3Na t¹o thµnh: (kg/h)

Lîng H2O t¹o thµnh lµ: (kg/h)

Lîng SO2 t¹o thµnh lµ: (kg/h)

Do qóa tr×nh chuyÓn hãa C6H4(SO3H)2 ®¹t hiÖu xuÊt 100% do

®ã lîng C6H4(SO3H)2 thu ®îc lµ 199,6 (kg/h)

Theo ph¶n øng (7) ta tÝnh ®îc

Lîng Na2SO3 cÇn thiÕt lµ: (kg/h)

Lîng C6H4(SO3Na)2 t¹o thµnh lµ: (kg/h)

Lîng H2O t¹o thµnh lµ: (kg/h)


57

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpLîng SO2 t¹o thµnh lµ: (kg/h)

Theo ph¬ng tr×nh ph¶n øng (8) ta cã

Lîng Na2SO3 cÇn thiÕt lµ : (kg/h)

VËy lîng Na2SO4 thu ®îc lµ: (kg/h)

VËy lîng H2O thu ®îc lµ: (kg/h)

VËy lîng SO2 thu ®îc lµ: (kg/h)

Tæng lîng Na2SO3 cÇn lµ: 5072,13 + 105,67 + 659,247 =

5837,047 (kg/h)

Thùc tÕ lîng Na2SO3 lÊy d 20% nªn lîng Na2SO3 cÇn dïng lµ

1,2.5837,047 = 7004,456 (kg/h)

Lîng Na2SO3 kü thuËt 82% cÇn dïng lµ: (kg/

h)

Lîng C6H5SO3H cha chuyÓn hãa lµ

12720,58 - 12720,58 = 0 (kg/h)

Lîng C6H4(SO3H)2 cha chuyÓn hãa lµ = 0 (kg/h)

Lîng Na2SO3 d lµ 7004,456 - 5837,047 = 1167,409 (kg/h)

Tæng lîng H2O thu ®îc lµ:

724,59 + 15,09 + 94,178 = 833,858 (kg/ h)

Lîng Na2SO3 kü thuËt d t¬ng øng lµ

(kg/h)

Tæng lîng SO 2 thu ®îc lµ:


58


2576,32 + 53,67 + 334,856 = 2964,846 (kg/h)

Tõ sè liÖu tÝnh to¸n ë phÇn trªn chóng ta cã b¶ng c©n b»ng vËt

chÊt cho qóa tr×nh trung hoµ.

Lîng vµo Kg / h S¶n phÈm ra Kg / h

C6H5SO3H 12720,58 C6H5SO3Na 14491,8

C6H4(SO3H

)2

199,6 C6H4(SO3Na)2 236,5

Na2SO3 7004,456 Na2SO4 742,961

H2SO4 569,72 H2O 833,858

SO2 2964,846

Na2SO3 d 1167,409

C6H5SO3H d 0

C6H4(SO3H)2 d 0

H2SO4 d 56,972

Tæng vµo 20494,356 Tæng ra 20494,346

III. TÝnh c©n b»ng cho qóa tr×nh nung ch¶y

kiÒm.

Çc ph¶n øng x¶y ra trong qóa tr×nh nung ch¶y kiÒm

2 C6H5SO3Na + 2NaOH 2 C6H5ONa + Na2SO3 + SO2

+ H2O (9)

C6H5-SO2- C6H5 + 4NaOH + 0,5 O2 2C6H5ONa + Na2SO3 +

2H2O (10)

C6H5 - SO2 - C6H5 + 2 NaOH C6H5 - C6H5 + Na2SO3

+H2O (11)


59

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp C6H4(SO3Na)2 + 4NaOH C6H4(ONa)2 + 2Na2SO3

+2H2O (12)

Ngoµi ra ë nhiÖt ®é cao cßn x¶y ra mét sè ph¶n øng nh sau:

2 C6H5ONa + 0,5O2 NaO-C6H4- C6H4- ONa + H2O

(13)

C6H5ONa + C6H5ONa C6H5-O- C6H5 + Na2SO3

(14)

C6H5SO3Na C6H5S Na + 1,5 O2

(15)

TÝnh lîng vËt chÊt vµo thiÕt bÞ

V× hiÖu xuÊt cña qóa tr×nh nung ch¶y kiÒm lµ 95% nªn lîng

C6H5SO3Na chuyÓn hãa thµnh C6H5SO3Na lµ

(kg/h)

Theo ph¶n øng (9) chóng ta cã thÓ tÝnh ®îc

Lîng NaOH cÇn cã lµ

(kg/h)

Lîng C6H5ONa t¹o thµnh lµ

(kg/h)

Lîng Na2SO3 t¹o thµnh lµ

(kg/h)

Lîng S2O t¹o thµnh lµ

(kg/h)


60

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpLîng H2O t¹o thµnh lµ

(kg/h)

Diphenyl sunpho tham gia ph¶n øng t¹o ra 2 s¶n phÈm lµ

phenolat vµ dephenyl.Trong ®ã 60% Diphenyl sunpho t¹o thµnh

phenolat (10), cßn 40% ph¶n øng t¹o thµnh diphenyl (11).

VËy lîng diphenyl sunfo tham gia (10) lµ

(kg/h)

VËy lîng diphenyl sunfo tham gia (11) lµ

(kg/h)

Theo ph¬ng tr×nh ph¶n øng (10) ta cã :

VËy lîng NaOH cÇn cã lµ (kg/h)

VËy lîng O2 cÇn cã lµ (kg/h)

VËy lîng Na2SO3 t¹o ra lµ (kg/h)

VËy lîng H2O t¹o ra lµ (kg/h)

VËy lîng phenolat t¹o thµnh lµ (kg/h)

Theo ph¶n øng (11) ta cã

Lîng diphenyl t¹o thµnh trong ph¶n øng (11) lµ

(kg/h)

Lîng NaOH cÇn thiÕt cho ph¶n øng lµ

(kg/h)


61

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpLîng Na2SO3 t¹o thµnh lµ

(kg/h)

Lîng H2O t¹o thµnh lµ

(kg/h)


Lîng C6H4(SO3Na)2 vµo thiÕt bÞ lµ 236,5 (kg/h)

Lîng NaOH cÇn thiÕt cho ph¶n øng nµy lµ

(kg/h)

Lîng C6H4(ONa)2 t¹o ra (kg/h)


(kg/h)

Lîng H2O t¹o thµnh lµ (kg/

h)


Lîng C6H5ONa tham gia ph¶n øng (13) lµ

(8872,202 + 58,368).0,002 = 17,861 (kg/h)

Lîng O2 cÇn lµ: (kg/h)

Lîng NaO-C6H4-C6H4-ONa t¹o thµnh lµ: (kg/h)

Lîng H2O t¹o thµnh lµ (kg/h)

Ph¶n øng (14)

Lîng C6H5ONa tham gia ph¶n øng (14) lµ


62


(8872,202 + 58,368).0,009 = 80,375 (kg/h)

Lîng (C6H5 )2O t¹o ra lµ (kg/h)

Lîng Na2SO3 t¹o thµnh lµ (kg/h)

Theo ph¬ng tr×nh ph¶n øng (15) :

Lîng C6H5SO3Na tham gia (15) lµ: 14491,8 - 13767,21 = 724,59

(kg/h)

Lîng C6H5SNa t¹o ra lµ (kg/h)

Lîng O2 t¹o thµnh lµ (kg/h)

VËy ta cã lîng vµo thiÕt bÞ lµ

C6H5SO3Na = 14491,8 (kg/h)

C6H5 - SO2-C6H5 = 91,41 (kg/h)

C6H4(SO3Na)2 = 236,5 (kg/h)

NaOH = 3059,38 + 40,254 + 13,418 + 134,184 =

3247,236 (kg/h)

Mµ NaOH lÊy d so víi ph¶n øng 20% nªn lîng NaOH thùc tÕ cÇn

dïng lµ :

3247,236.1,2 = 3896,683 (kg/h)

vËy lîng NaOH kü thuËt lµ (kg/h)

Lîng NaOH d lµ 3896,683 - 3247,236 = 649,447

(kg/h)

Lîng O2 4,025 + 1,232 = 5,257 (kg/h)

Lîng t¹p chÊt vµo lµ 449,4 (kg/h)

Tæng lîng vµo lµ 19171,05 (kg/h)


63

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpLîng ra khái thiÕt bÞ lµ

C6H5ONa = (8872,202 + 58,368) - (17,861 + 80,375) =

8832,334 (kg/h)

Tæng lîng Na2SO3 t¹o ra lµ

4818,523 + 31,7 + 21,133 + 211,34 + 43,652 = 5126,348

(kg/h)

Tæng lîng H2O t¹o ra trong qu¸ tr×nh nung ch¶y kiÒm lµ

688,360 + 9,057 + 3,019 + 30,191 + 1,386 = 732,013

(kg/h)

Tõ qóa tr×nh tÝnh to¸n trªn chóng ta cã thÓ lËp ®îc b¶ng c©n

b»ng vËt chÊt cho qóa tr×nh nµy.


C6H5SO3Na 14491,8 C6H5ONa 8832,33

4

C6H4(SO3Na)2 236,5 Na2SO3 5126,34

8

C6H5-SO2- C6H5 91,41 H2O 732,013

NaOH 3896,683 C6H5-O- C6H5 58,895

T¹p chÊt 449,4 C6H5- C6H5 25,829

Lîng O2 5,257 C6H4(ONa)2 129,152

NaO-C6H4-C6H4-

ONa

17,707

C6H5S Na 531,366

NaOH d 649,447


64


SO2 2447,50

4

T¹p chÊt 449,4

O2 187,967

Tæng lîng vµo 19171,05 Tæng s¶n phÈm

ra

19177,9

62

IV. Qóa tr×nh dËp t¾t.

Toµn bé lîng hçn hîp thu ®îc sau qóa tr×nh nãng ch¶y kiÒm

cã chøa kho¶ng 40% phenolat, 45 % natri sunphit, phÇn cßn l¹i

lµ natri sunphit chÊt kh«ng tham gia ph¶n øng vµ phenolat cao

®îc ®a sang thiÕt bÞ lµm nguéi gäi lµ thiÕt bÞ dËp t¾t. §ã

chÝnh lµ qóa tr×nh dËp t¾t.

Theo ®Çu bµi hiÖu xuÊt cña qóa tr×nh dËp t¾t lµ 99%. Do

®ã sau qóa tr×nh dËp t¾t chóng ta thu ®îc lîng phenolat lµ

(kg/h)

V. Qóa tr×nh läc.

Hçn hîp sau khi thu ®îc lµm nguéi ®Õn nhiÖt ®é kho¶ng 40-50 0C khi ®ã ta tiÕn hµnh qóa tr×nh läc. Theo ®Çu bµi hiÖu xuÊt

cña qóa tr×nh ®¹t 98%. Do ®ã sau qóa tr×nh läc ta thu ®îc

phenolat lµ (kg/h)

Trong ®ã chøa mét lîng nhá gåm C6H5-O- C6H5 , C6H5- C6H5 ,

C6H4(ONa)2 ,


65

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpC6H5S Na, Na2SO4, NaO-C6H4-C6H4-ONa vµ mét sè t¹p chÊt kh¸c.

Sau qóa tr×nh läc t¹p chÊt chØ cßn l¹i kho¶ng 60% so víi lîng t¹p

chÊt lóc ban ®Çu.

Lîng C6H5-O- C6H5 cßn l¹i lµ 0,6 .58,895 = 35,337

(kg/h)

Lîng C6H5- C6H5 cßn l¹i lµ 0,6 .25,829 = 15,497

(kg/h)

Lîng C6H4(ONa)2 cßn l¹i lµ 0,6 .129,152 = 77,491

(kg/h)

Lîng C6H5S Na cßn l¹i lµ 0,6 .531,366 = 318,82

(kg/h)

Lîng Na2SO3 cßn l¹i lµ 0,6 .5126,348 =

3031,985 (kg/h)

Lîng NaO-C6H4-C6H4-ONa cßn l¹i lµ 0,6 . 17,707 = 10,624

(kg/h)

Lîng t¹p chÊt cßn l¹i lµ 0,6 . 449,4 = 269,64 (kg/h)

VI. TÝnh to¸n c©n b»ng cho qóa tr×nh axit hãa.

Sau qóa tr×nh läc chóng ta tiÕp tôc ®a sang qóa tr×nh axit

hãa. Çc ph¶n øng x¶y ra trong qóa tr×nh axit hãa nh sau:

Ph¶n øng chÝnh x¶y ra lµ .

2 C6H5ONa + H2O + SO2 2 C6H5OH + Na2SO3

(16)

Ph¶n øng phô x¶y ra lµ.

C6H4(ONa)2 + H2O + SO2 C6H4(OH)2 + Na2SO3

(17)


66

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp2 C6H5S Na + H2O + SO2 2 C6H5S H +

Na2SO3 (18)

NaO-C6H4-C6H4-ONa + H2O + SO2 OH - (C6H4) – OH +

Na2SO3 (19)

TÝnh lîng vµo thiÕt bÞ axit hãa

TÝnh lîng phenol t¹o thµnh

Theo ®Çu bµi hiÖu xuÊt cña qóa tr×nh axit hãa lµ 99,5 % nªn l-

îng phenolat ®· chuyÓn hãa theo ph¶n øng (16) lµ

(kg/h)

Lîng SO2 cÇn thiÕt cho ph¶n øng lµ

(kg/h)

Lîng H2O cÇn thiÕt cho ph¶n øng lµ

(kg/h)

Lîng C6H5OH t¹o thµnh lµ (kg/h)


(kg/h)


Lîng SO2 cÇn cã lµ (kg/h)

Lîng H2O cÇn cã lµ (kg/h)

Lîng C6H4(OH)2 t¹o thµnh lµ (kg/h)



67

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpTheo ph¶n øng (18) ta cã



Lîng C6H5S H t¹o thµnh lµ (kg/h)





Lîng OH - (C6H4)2 - OH t¹o thµnh lµ (kg/h)


Lîng SO2 ®a vµo lÊy tõ giai ®o¹n trung hßa lµ: 2964,846 (kg/h)

Tæng lîng SO2 tiªu tèn lµ:

2352,078 + 32,204 + 77,289 + 2,956 =

2464,527 (kg/h)

VËy lîng SO2 cßn d lµ: 2964,846 - 2464,527 = 500,319 (kg/h)

Lîng C6H5ONa ®· chuyÓn hãa lµ: 8526,284 (kg/h)

Lîng C6H5ONa cßn d lµ: 8569,13 - 8526,284 = 42,846

(kg/h)

Tæng lîng H2O tiªu tèn lµ:


68

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp 661,522 + 9,057 + 21,738 + 0,831 = 693,148

(kg/h)

Tæng lîng Na2SO3 t¹o thµnh lµ:

4630,654 + 63,402 + 152,164 + 5,820 =

4852,04 (kg/h)

Tõ qóa tr×nh tÝnh to¸n ë phÇn trªn chóng ta cã thÓ lËp ®îc

b¶ng c©n b»ng vËt chÊt cho qóa tr×nh nµy.


C6H5ONa 8526,284 C6H5OH 6909,23

SO2 2964,846 Na2SO3 4852,04

H2O 693,148 C6H4(OH)2 55,35

C6H4(ONa)2 77,491 C6H5S H 265,683

C6H5S Na 318,82 OH -(C6H4)2-

OH

8,591

NaO-C6H4-C6H4-

ONa

10,624 C6H5ONa d 42,846

C6H5-O- C6H5 35,337 SO2 d 500,319

C6H5- C6H5 15,497 Na2SO3 3031,985

Na2SO3 3075,808 C6H5- C6H5 15,497


69


T¹p chÊt 269,64 C6H5-O- C6H5 35,337

T¹p chÊt 269,64

Tæng lîng vµo 15987,495 Tæng lîng ra 15986,518

VII. Qóa tr×nh l¾ng.

Hçn hîp phenol vµ chÊt nhËn ®îc sau qóa tr×nh axit hãa ®-

îc ®a ®i l¾ng, t¸ch çc t¹p chÊt khi ®ã chóng ta thu ®îc phenol

th«. HiÖu suÊt cña qóa tr×nh nµy lµ 99% .VËy phenol nhËn ®îc

sau qóa tr×nh nµy lµ

6909,23.0,99 = 6840,138 (kg/h)

VIII. Qóa tr×nh chng cÊt.

Phenol th« sau qóa tr×nh l¾ng ®îc ®a vµo th¸p chng cÊt

thu ®îc phenol tinh khiÕt. Theo ®Çu bµi hiÖu suÊt cña qóa

tr×nh chng cÊt lµ 97%. Do ®ã lîng phenol thu ®îc sau qóa

tr×nh nµy lµ

6840,138.0,97 = 6634,933 (kg/h)

KÕt luËn

Sau qóa tr×nh tÝnh to¸n chóng ta cã thÓ rót ®îc çc lîng

nguyªn liÖu cho qóa tr×nh s¶n xuÊt phenol víi n¨ng suÊt 55.000

tÊn/n¨m ®îc thÓ hiÖn qua b¶ng sè liÖu sau.

Lîng nguyªn

liÖu

Kg / h Ghi chó

C6H6 99% 6813,99 Lîng kü thuËt


70


H2SO4 98 % 8842 Lîng kü thuËt, lÊy d

1,06 mol so víi ph¶n

øng

Na2SO3 82% 8480,044 Lîng kü thuËt, lÊy d

20% so víi ph¶n øng

NaOH 85% 4584,333 Lîng kü thuËt, lÊy d

15% so víi ph¶n øng

SO2 2964,846 LÊy ë qu¸ tr×nh

trung hoµ

H2O 693,148


71


Ch¬ng II: TÝnh c©n b»ng nhiÖt lîng trong çc qóa

tr×nh s¶n xuÊt

I. C©n b»ng nhiÖt lîng cña qóa tr×nh sunpho hãa

- NhiÖt ®é ®Çu vµo cña hçn hîp 25 0 C

- NhiÖt ®é ®Çu ra cña s¶n phÈm lµ 150 0C

Nguyªn liÖu C6H6 vµ H2SO4

Phîng tr×nh c©n b»ng nhiÖt lîng

Q1 + Q2 = Q3 + Q4 + Q5

Q1 – NhiÖt lîng do nguyªn liÖu mang vµo, Kcal / h

Q3 –NhiÖt lîng do ph¶n øng táa ra, Kcal / h

Q2 – NhiÖt lîng do s¶n phÈm mang ra, Kcal / h

Q4 – NhiÖt lîng mÊt m¸t ra m«i trêng, Kcal / h

Q5 --NhiÖt do t¸c nh©n lµm l¹nh, Kcal / h

1. NhiÖt lîng do nguyªn liÖu mang vµo.

Q1 = G1. C1. T1 + G2. C2. T2

Trong ®ã

T1 lµ nhiÖt ®é ®Çu vµo cña hçn hîp, b»ng 250C.

G1 lµ lîng C6H6 vµ G1 = 6813,99 (kg/h)

C1 lµ nhiÖt dung riªng cña C6H6 , C1 = 0,38 Kcal / kg.®é

G2 lµ lîng H2SO4 , G2= 8842 (kg/h)

C2 lµ nhiÖt dung riªng cña H2SO4 ,C1 = 0,35 Kcal / kg.®é

T2=T1

VËy Q1 = 6813,99.0,38.25 + 8842.0,35.25

=142100,405 (Kcal/h) = 142100,405.4,187 =

594974,395 (kj/h)


72

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp2. NhiÖt lîng do s¶n phÈm mang ra.

+ NhiÖt lîng do C6H5SO3H mang ra

q1 = C1 . m1 . t1

C1- lµ nhiÖt dung riÖng cña C6H5SO3H, Kcal / kg.®é

t1- lµ nhiÖt ®é cña s¶n phÈm ra, t1 = 150 0C

m1- lîng C6H5SO3H, m1 = 12720,58 (kg/h)

NhiÖt dung riªng cña hîp chÊt C6H5SO3H ®îc x¸c ®Þnh nh sau

M .C =n1.C1 + n2.C2

Trong ®ã

M – khèi lîng mol cña hîp chÊt

C lµ nhiÖt dung riªng cña hîp chÊt hãa häc, J/kg.®é

n1, n2 – sè nguyªn tö çc nguyªn tè trong hîp chÊt ®ã

C1,C2 – NhiÖt dung riªntg cña çc nguyªn tö t¬ng øng, J/ kg

nguyªn tö.®é

Tra b¶ng ta cã CC = 11700 J / kg nguyªn tö . ®é

CH = 18000 J / kg nguyªn tö . ®é

CS = 31000 J / kg nguyªn tö . ®é

CO = 25100 J / kg nguyªn tö . ®é

Thay vµo ta cã

158. C = 6.11700 + 6.18000 + 31000 + 3.25100

C = 1800,633 ( J / kg.®é)

VËy q1 = 12720,58. 1800,633. 150 = 3435764419 (J/h)

= 3435764,419 (kj/h)

+ NhiÖt lîng do H2O mang ra

q2 = C2 . m2 . t2

C2- lµ nhiÖt dung riÖng cña H2O, Kcal / kg.®é


73

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpt2- lµ nhiÖt ®é cña H2O ra , t2 = 150 0C

m2- lîng H2O , m2 = 1496,99 (kg/h)

C2 = 0,476 . 4,18 .103 J / kg.®é

q2 = 0,476 . 4,18 .103 . 150. 1496,99 = 446779659 (J/h)

= 446779,659 (kj/h)

+ NhiÖt lîng do benzen d mang ra

q3 = C3 . m3 . t3

Trong ®ã

C3- lµ nhiÖt dung riÖng cña benzen, Kcal / kg.®é

t3- lµ nhiÖt ®é cña benzen , t3 = 150 0C

m3- lîng benzen, m3 =130,828 (Kg / h)

C3 = 0,38 . 4,18 .103 J / kg.®é

Q3 = 0,38 . 4,187.103 . 150. 130,828 = 31171,079.

103 (j/ h )

=31171,079

(kj/h)

+ NhiÖt lîng do H2SO4 d mang ra

q4 = C4 . m4 . t4

Trong ®ã

C4- lµ nhiÖt dung riÖng cña H2SO4 d , Kcal / kg.®é

t3- lµ nhiÖt ®é cña H2SO4 , t4 = 150 0C

m4- lîng H2SO4 d, m4 =569,72 (kg/h)

C4 = 0,35 . 4,18 .103 J / kg.®é

q4 = 0,35 . 4,18 .103 . 150. 569,72 = 125025,054. 103 (J/h)

=125025,054 (kj/h)


74

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpVËy tæng nhiÖt lîng do s¶n phÈm mang ra lµ

Q3 = q1 + q2 + q3 + q4 = 3435764,419 + 446779,659

+31171,079 + 125025,054

=4038740,211 (kj/h) = 964590,449

(kcal/h)

3. NhiÖt lîng do ph¶n øng táa ra.

Çc ph¶n øng to¶ nhiÖt

+ Ph¶n øng to¶ nhiÖt thø nhÊt

C6H6 + HO-SO3H C6H5SO3H + H2O (1)

H1 – HiÖu øng nhiÖt cña ph¶n øng (1)

H1 = ( ni .ci ) ®Çu - (ni .ci )cuèi

H1 = 3 C C=C + 3 C C-C + 6 C C-H + 2 C S=O +2 C H-O -3 C C=C

- 3 C C-C

- C S-S - 2 C S=O - C H-O - 2C H-O - 5C C-H

Tra b¶ng ta cã

C C=C =101,2 (Kcal / mol) C S=O = 92,2 ( Kcal / mol)

C C-H = 85,6 ( Kcal / mol ) C C-S = 54( Kcal / mol)

C C=S = 62,8 (Kcal / mol) C H-O = 110( Kcal / mol)

VËy H1 =-78,4 (Kcal / mol)

Sè mol C6H6 ®· tham gia ph¶n øng (1) lµ 83,864 (kmol/h)

q1= 83,864.103.78,4 = 6574981,826 (Kcal/h)

= 27529448,9 (kj/h)

+ Ph¶n øng to¶ nhiÖt thø hai

HO-SO3H + C6H5SO3H C6H4(SO3H)2 + H2O (2)




75

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpH2 = C C=C + C C-H - C C-C - C C-S

Tra b¶ng ta cã

C C=C =101,2 Kcal / mol C S=O = 92,2 Kcal /

mol

C C-H = 85,6 Kcal / mol C C-S = 54 Kcal / mol

C C=S = 62,8 Kcal / mol C H-O = 110 Kcal / mol

VËy H1 =-70 Kcal / mol

Sè mol H 2SO4 ®· tham gia ph¶n øng (2) lµ

(kg/h) = 0,503 (kmol/h)

q2 = 503.70 = 35210 (Kcal/h) = 147424,27 (kj/h)

+ Ph¶n øng to¶ nhiÖt thø ba

C6H6 + C6H5SO3H C6H5-SO2- C6H5 + H2O (3)



H3 = C C-H - C H-O

Tra b¶ng ta cã


mol



VËy H3 = 24,4 Kcal / mol

Sè mol C6H6 ®· tham gia ph¶n øng (3) lµ 0,419 (kmol/h)

q3 = 419. 24,4 = 10223,6 (Kcal/h) = 42806,213 (kj/h)


76

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpVËy tæng nhiÖt lîng do ph¶n øng to¶ ra lµ

Q2 = qi = 27529448,9 + 147424,27 + 42806,213

=27719679,38 (Kj/h)

4. NhiÖt lîng mÊt m¸t ra m«i trêng xung quanh.

Coi nhiÖt lîng mÊt m¸t ra m«i trêng xunh quanh lµ 5 % lîng

nhiÖt cÊp vµo

Q4 = 0, 05 .Q1 = 29748,719 (Kj/h) = 7105,02 (kcal/h)

5. NhiÖt lîng mÊt do t¸c nh©n lµm l¹nh.

NhiÖt lîng do t¸c nh©n lµm l¹nh ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc

sau:

QLL = Q5 = Q1 + Q2 - ( Q3 + Q4 )

QLL = Q5 = (142100,405 + 6620415,424) - (964590,449 +

7105,02)

=5790820,36 (Kj/h)


b»ng nhiÖt lîng cho qóa tr×nh sunpho hãa.

Lîng nhiÖt

vµo

Kj / h NhiÖt lîng ra Kj / h

NL do nguyªn

liÖu mang

142100,40

5

NhiÖt lîng do s¶n

phÈm mang ra

964590,44

9


77

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpvµo

NhiÖt do

ph¶n øng

6620415,4

24

NhiÖt lîng mÊt m¸t

ra m«i trêng xunh

quanh

7105,02

NhiÖt do t¸c nh©n

lµm l¹nh

5790820,3

6

Tæng nhiÖt

lîng vµo

6.762.515,

829

Tæng nhiÖt lîng

mang ra

6.762.515,

829

II. TÝnh c©n b»ng nhiÖt lîng cho qóa tr×nh nãng

ch¶y kiÒm



§Ó ®¬n gi¶n chóng ta coi nguyªn liÖu ph¶n øng gåm C6H5SO3

Na vµ NaOH, chóng ta cã ph¶n øng sau:

C6H5SO3 Na + 2 NaOH C6H5ONa + Na2SO3 + H2O

Ph¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt lîng

Q1 + Q2 = Q3 + Q4 +Q5

Trong ®ã

Q1 – NhiÖt lîng do nguyªn liÖu mang vµo, Kcal / h

Q2 –NhiÖt lîng do ph¶n ph¶n táa ra, Kcal / h





78



Q1 = G1. C1. T1 + G2. C2. T2

Trong ®ã

T1 lµ nhiÖt ®é ®Çu vµo cña C6H5SO3Na , b»ng 250C.

G1 lµ lîng C6H5SO3Na vµ G1 =14491,8 ( kg/h)

C1 lµ nhiÖt dung riªng cña C6H5SO3Na

G2 lµ lîng NaOH , G2 = 3832,146 (kg/h)

C2 lµ nhiÖt dung riªng cña NaOH , Kcal / kg.®é

NhiÖt dung riªng cña C6H5SO3Na ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc

sau

M . C = n1. C1 + n. C2 +.

Trong ®ã

M lµ khèi lîng mol cña hîp chÊt C6H5SO3Na

C lµ nhiÖt dung riÖng cña C6H5SO3Na

n1, n2 lµ sè nguyªn tö cña çc nguyªn tè trong C6H5SO3Na

C1,C2 lµ nhiÖt dung riªng cña çc nguyªn tè t¬ng øng, J / kg . ®é

Tra b¶ng ta cã çc sè liÖu sau

CC =11700 J / kg .nguyªn tö . ®é

CH = 18000 J / kg .nguyªn tö . ®é

CS = 31000 J / kg .nguyªn tö . ®é

CO =25100 J / kg .nguyªn tö . ®é

CNa =33500 J / kg .nguyªn tö . ®é

Thay çc gi¸ trÞ trªn vµo c«ng thøc®ã chóng ta cã

180 . C = 6. 11700 + 5. 18000 +31000 + 3. 25100 +

33500


79


C = 1666,667 J / kg . ®é

NhiÖt dung riªng cña NaOH tÝnh nh sau

40 . C = 33500 + 25100 + 18000

CNaOH = 1915 J / kg . ®é

Q1 = 14491,8.1666,667.25 + 3832,146.1915.25 =

787289,1105 (KJ/h)

=188031,791 (kcal/h)

2. NhiÖt lîng do s¶n phÈm mang ra.

+ NhiÖt lîng do C6H5ONa mang ra

q1 = C1 . m1 . t1

C1- lµ nhiÖt dung riÖng cña C6H5ONa, Kcal / kg.®é


m1- lîng C6H5ONa , m1= 8832,334 (kg/h)

NhiÖt dung riªng cña hîp chÊt C6H5ONa ®îc x¸c ®Þnh nh sau

M .C =n1.C1 + n2.C2

Trong ®ã

M – khèi lîng mol cña hîp chÊt C6H5ONa

C lµ nhiÖt dung riªng cña C6H5ONa , J / kg . ®é


C1,C2 – NhiÖt dung riªntg cña çc nguyªn tö t¬ng øng, J / kg

nguyªn tö . ®é





Thay vµo ta cã


80


116. C = 6.11700 + 5.18000 + 25100 + 33500

C = 1886,207 (J / kg.®é)

VËy q1 = 8832,334. 1886,207 . 330 = 549767137,2 (J/h)

= 549767,1372 (kj/h) = 131303,352 (kcal/h)

+ NhiÖt lîng do Na2SO3 mang ra

q2 = C2 . m2 . t2

C2- lµ nhiÖt dung riÖng cña Na2SO3 , Kcal / kg.®é

t2- lµ nhiÖt ®é cña Na2SO3 mang ra, t1 = 330 0C

m2- lîng Na2SO3 , m2 = 5041,642 (kg/h)

NhiÖt dung riªng cña hîp chÊt Na2SO3 ®îc x¸c ®Þnh nh sau

M .C =n1.C1 + n2.C2

Trong ®ã

M – khèi lîng mol cña hîp chÊt Na2SO3

C lµ nhiÖt dung riªng cña Na2SO3 , J / kg . ®é



nguyªn tö . ®é





Thay vµo ta cã

126. C = 25100 + 31000 + 2. 33500

C = 976,984 ( J / kg.®é)

VËy q2 = 976,984.5041,642. 330 = 1625449177 (J/h)


81

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp = 1625449,177 (kj/h) = 388213,321 (kcal/h)

+ NhiÖt lîng do H2O mang ra

q3 = C3 . m3 . t3

C3- lµ nhiÖt dung riÖng cña H2O , C3 = 0,476 (kcal / kg.®é)

T3- lµ nhiÖt ®é cña mang H2O ra, t3 = 330 0C

m3- lîng H2O , m3 = 719,912( Kg / h)

q3 = 0,476.719,912. 330 = 113083,777 (kcal/h)

= 473481,774 (kj/h)

+ NhiÖt lîng do SO2 mang ra

q4 = C4 . m4 . t4

C4- lµ nhiÖt dung riÖng cña SO2 , C4 = 1268,75 (J / kg.®é)

T4- lµ nhiÖt ®é cña SO2 mang ra, t4 = 330 0C

m4- lîng , m4 = 2447,504 (kg/h)

q4 = 2447,504.1268,75 . 330 = 1024739,331 (kJ / h ) =

244743,093 (kcal/h)

VËy tæng nhiÖt lîng do s¶n phÈm mang ra lµ : Q3 =

549767,137 + 1625449,177 + 473481,774 + 1024739,331 =

877343,544 (kcal/h)



+ Ph¶n øng to¶ nhiÖt thø nhÊt

2C6H5SO3Na + 2 NaOH 2 C6H5ONa + Na2SO3 + H2O +

SO2 (1)




82

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpH1 = 3 C C=C + 3 C C-C + 5 C C-H + C S-C +2 C S=O + C O- Na +

2 C Na- O

+C H-O - 3C C-C - 5 C C-H - C Na-O - 3C C=C - C C-O - 2 C O -Na - 2C

O-H

Tra b¶ng ta cã


mol



VËy H1 =163 Kcal / mol

Sè mol C6H5SO3Na ®· tham gia ph¶n øng (1) lµ

(14491,8/180) = 80,51

(kmol/h)

q1= 80510.163=13123130 (Kcal/h) =54946545,31 (kj/h)

+ Ph¶n øng to¶ nhiÖt thø hai

C6H5-SO2- C6H5 + 4 NaOH + 0,5 O2 2 C6H5ONa + Na2SO3 + 2

H2O (2)



H2 = C S=O + 0,5 C C=O

Tra b¶ng ta cã


mol




83

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpVËy H1 = 92,2 + 0,5 . 117,2 =150,8 (Kcal / mol )

Sè mol C6H5-SO2- C6H5 ®· tham gia ph¶n øng (2) lµ 0,419

(kmol/h)

q2 = 0,419.103 .150, 8 = 63185,2 (Kcal/h) = 264556,432

(kj/h)

+ Ph¶n øng to¶ nhiÖt thø ba

C6H4(SO3Na)2 + 4 NaOH C6H4(ONa)2 + Na2SO3 + H2O (3)



H3 = 2 C S=O =2 . 92,2 = 184,4 kcal / mol

VËy H3 = 184,4 Kcal / mol

Sè mol C6H4(SO3Na)2 ®· tham gia ph¶n øng (3) lµ 0,503

( kmol / h)

q3 = 503.184,4 = 92753,2 (Kcal/h) = 388357,648 (kj/h)

VËy tæng nhiÖt lîng do ph¶n øng to¶ ra lµ

Q2 = qi = q1 +q2 + q3 =13123130 + 63185,2 + 92753,2 =

13279068,4 (Kcal/h)


Coi nhiÖt lîng mÊt m¸t ra m«i trêng xunh quanh lµ 5 % lîng

nhiÖt cÊp vµo

Q4 = 0, 05 .Q1 =9401,589 (Kcal/h)



84

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpNhiÖt lîng do t¸c nh©n lµm l¹nh ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc

sau:

QLL = Q5 = Q1 + Q2 - ( Q3 + Q4 )

QLL = Q5 = (188031,791 + 13279068,4) - (877343,544 +

9401,589)

=12580355,06 (Kcal/h)


b»ng nhiÖt lîng cho qóa tr×nh nãng ch¶y kiÒm

Lîng nhiÖt vµo Kcal / h NhiÖt lîng ra Kcal / h

Nl do nguyªn

liÖu mang vµo

188031,79

1


phÈm mang ra

877343,54

4

NhiÖt do ph¶n

øng to¶ ra

13279068,

4

NhiÖt lîng mÊt m¸t

ra m«i trêng xunh

quanh

9401,589


lµm l¹nh

12580355,

06

Tæng nhiÖt lîng

vµo

13.467.100

,19

Tæng nhiÖt lîng

mang ra

13.467.100

,19

III. C©n b»ng nhiÖt lîng cña qóa tr×nh axit hãa



Phîng tr×nh c©n b»ng nhiÖt lîng

Q1 + Q2 = Q3 + Q4 + Q5


85

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpQ1 – NhiÖt lîng do nguyªn liÖu mang vµo, Kcal / h

Q2 –NhiÖt lîng do ph¶n ph¶n táa ra, Kcal / h





- NhiÖt lîng do C6H5ONa mang vµo

q1 = G1. C1. T1

Trong ®ã

T1 lµ nhiÖt ®é ®Çu vµo cña C6H5ONa , b»ng 400C.

G1 lµ lîng C6H5ONa vµ G1 = 8526,284 (Kg/h)

C1 lµ nhiÖt dung riªng cña C6H5ONa , C1 = 1886,21 J / kg.®é

q1 = 8526,284. 1886,21 . 40 = 643294,485 (kj/h) =

153640,908 (kcal/h)

- NhiÖt lîng do SO2 mang vµo

q2= G2. C2. t2

Trong ®ã

t1 lµ nhiÖt ®é ®Çu vµo cña SO2 , b»ng 400C.

G2 lµ lîng SO2 vµ G2 = 2943,336 (Kg/h)

C2 lµ nhiÖt dung riªng cña SO2 nhiÖt dung riªng cña nã ®îc tÝnh

theo c«ng thøc sau ®©y:

10-3 . CP = a +b.T - cT-2

Víi a=12,78 .10-1 , b=2,671.10-4 , c=3,183 . 10-4

VËy CP =1532,704 J / kg .®é


86

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpq2 = 2943,336. 1532,704 . 40 = 180450,514 (kj/h) =

43097,806 (kcal/h)

- NhiÖt lîng do níc mang vµo

q3 = G3. C3. t3

Trong ®ã

t3 lµ nhiÖt ®é ®Çu vµo cña H2O , b»ng 400C.

G3 lµ lîng H2O vµ G3 = 689,518 (kg/h)

C3 lµ nhiÖt dung riªng cña H2O ë 400C , C3 = 101 Kcal / kg . ®é

Q3 = 689,518.101.40 = 2785652,72 (kcal/h)

- NhiÖt lîng do C6H4(ONa)2 mang vµo

q4 = G4. C4. t4

Trong ®ã

T4 lµ nhiÖt ®é ®Çu vµo cña C6H4(ONa)2 , b»ng 400C.

G4 lµ lîng C6H4(ONa)2 vµ G4 = 46,433 (kg/h)

C4 lµ nhiÖt dung riªng cña C6H4(ONa)2 ë 400C

NhiÖt dung riªng cña C6H4(ONa)2 ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc

sau

M .C4 =n1.C1 + n2.C2

Trong ®ã

M – khèi lîng mol cña hîp chÊt C6H4(ONa)2

C lµ nhiÖt dung riªng cña C6H4(ONa)2 , J / kg . ®é



nguyªn tö . ®é



87

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp CH = 18000 J / kg nguyªn tö . ®é



Thay vµo ta cã

154. C4 = 6.11700 + 4.18000 +2. 25100 + 2.33500

C4 = 1684,41 J / kg.®é

VËy q4 = 46,433.1684,41.40 = 3128,488 (kJ/h) = 747,191

(kcal/h)

- NhiÖt lîng do C6H5S Na mang vµo

q5 = G5. C5. t5

Trong ®ã

t5 lµ nhiÖt ®é ®Çu vµo cña C6H5S Na, b»ng 400C.

G5 lµ lîng C6H5S Na vµ G5 = 318,82 (kg/h)

C5 lµ nhiÖt dung riªng cña C6H5S Na ë 400C

NhiÖt dung riªng cña C6H5S Na ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc

sau

M .C5 =n1.C1 + n2.C2

Trong ®ã

M – khèi lîng mol cña hîp chÊt C6H5S Na

C lµ nhiÖt dung riªng cña C6H5S Na, J / kg . ®é



nguyªn tö . ®é





88

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp CO = 25100 J / kg nguyªn tö . ®é

Thay vµo ta cã

132. C5 = 6.11700 + 5.18000 +31000 + 33500

C5 = 1702,27 J / kg.®é

VËy q5 = 318,82.1702,27. 40 = 21708,708 (kJ/h) = 5184,788

(kcal/h)

- NhiÖt lîng do NaO- (C6H4)2-ONa mang vµo

q6 = G6. C6. t6

Trong ®ã

T6 lµ nhiÖt ®é ®Çu vµo cña , b»ng 400C.

G6 lµ lîng NaO- (C6H4)2-ONa vµ G6 = 10,624 (kg/h)

C6 lµ nhiÖt dung riªng cña NaO- (C6H4)2-ONa ë 400C

NhiÖt dung riªng cña NaO- (C6H4)2-ONa ®îc x¸c ®Þnh theo

c«ng thøc sau

M .C6 =n1.C1 + n2.C2

Trong ®ã

M – khèi lîng mol cña hîp chÊt NaO- (C6H4)2-ONa

C6 lµ nhiÖt dung riªng cña NaO- (C6H4)2-ONa , J / kg . ®é



nguyªn tö . ®é





Thay vµo ta cã


89

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp 230. C6 = 12.11700 + 8.18000 +2. 25100 + 2.33500

C6 = 1746,087 (J / kg.®é)

VËy q6 = 10,624.1746,087.40 = 742,017 (kJ/h) = 177,219

(kcal/h)

- NhiÖt lîng do C6H5-O- C6H5 mang vµo

q7 = G7. C7. t7

Trong ®ã:

t7 lµ nhiÖt ®é ®Çu vµo cña C6H5-O- C6H5 , b»ng 400C.

G7 lµ lîng C6H5-O- C6H5 vµ G7 =35,337 (kg/h)

C7 lµ nhiÖt dung riªng cña C6H5-O- C6H5 ë 400C

NhiÖt dung riªng cña C6H5-O- C6H5 ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng

thøc sau

M .C7 =n1.C1 + n2.C2

Trong ®ã

M – khèi lîng mol cña hîp chÊt C6H5-O- C6H5

C7 lµ nhiÖt dung riªng cña C6H5-O- C6H5 , J / kg . ®é



nguyªn tö . ®é





Thay vµo ta cã

120. C7 = 12.11700 + 10.18000 + 25100


90


C7 = 2032,353 J / kg.®é

VËy q7 = 35,337. 2032,353.40 = 2872,690 (kJ/h) = 686,097

(kcal/h)

- NhiÖt lîng do C6H5- C6H5 mang vµo

q8= G8. C8. t8

Trong ®ã

t8 lµ nhiÖt ®é ®Çu vµo cña C6H5- C6H5 , b»ng 400C.

G8 lµ lîng C6H5- C6H5 vµ G8 = 15,497 (kg/h)

C8 lµ nhiÖt dung riªng cña C6H5- C6H5 ë 400C

NhiÖt dung riªng cña C6H5- C6H5 ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc

sau

M .C8 =n1.C1 + n2.C2

Trong ®ã

M – khèi lîng mol cña hîp chÊt C6H5- C6H5

C8 lµ nhiÖt dung riªng cña C6H5- C6H5 , J / kg . ®é



nguyªn tö . ®é





Thay vµo ta cã

154. C8 = 12.11700 + 10.18000

C8 = 2080,52 J / kg.®é


91

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpVËy q8 = 15,497. 2080,52. 40 = 1289,673 (kJ/h) = 308,018

(kcal/h)

- NhiÖt lîng do Na2SO3 mang vµo

q9= G9. C9. t9

Trong ®ã

t9 lµ nhiÖt ®é ®Çu vµo cña Na2SO3, b»ng 400C.

G9 lµ lîng Na2SO3 vµ G9 = 3024,985 (kg/h)

C9 lµ nhiÖt dung riªng cña Na2SO3 ë 400C

NhiÖt dung riªng cña Na2SO3 ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc

sau

M .C9 =n1.C1 + n2.C2

Trong ®ã


C9 lµ nhiÖt dung riªng cña Na2SO3, J / kg . ®é



nguyªn tö . ®é





Thay vµo ta cã:

142 . C9 = 2. 33500 +31000 + 3. 25100

C9 = 1220,423 ( J / kg.®é)


92

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpVËy q9 = 40.1220,423.3024,985 = 147670,45 (kJ/h) =

35268,796 (kcal/h)

Tõ qóa tr×nh trªn chóng ta tÝnh ®îc tæng lîng nhiÖt do nguyªn

liÖu mang vµo lµ:

Q1 = qi = 153640,908 + 43097,806 + 2785652,72 +

747,191 + 5184,788 + 177,219 + 686,097 + 308,018 +

35268,796 = 3024763,453 (kcal/h)



Víi hiÖu xuÊt cña qóa tr×nh lµ 99,5% nªn bá qua çc ph¶n øng

phô, ph¶n øng x¶y ra theo ph¬ng tr×nh sau

2 C6H5ONa + SO2 + H2O 2C6H5OH + Na2SO3 (1)



H1 = 6 C C=C + 6 C C-C + 2 C O-Na +2 C C-O + 10 C C- H + 2 C

S= O

+2 C H-O - 6C C=C - 6 C C=C +2 C Na-O + 2 C C-O + 10C C-H - C

S=O

-2 C O-H -2 C S-O

Tra b¶ng ta cã

C C=C =101,2 Kcal / mol C S=O = 92,2 Kcal / mol


C C-C = 62,8 Kcal / mol C H-O = 110 Kcal / mol

C C-O = 75 Kcal / mol C S-O = 55,6 Kcal /

mol


93

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpVËy H1 = 92,2 -2 . 55,6 = -19 Kcal / mol

Sè mol C6H5ONa ®· tham gia ph¶n øng (1) lµ 73,502 (kmol/h)

Q2= 73,502.19 = 1396,546 (Kcal/h)

3. NhiÖt lîng do s¶n phÈm mang ra.

+ NhiÖt lîng do C6H5OH mang ra

q1 = C1 . m1 . t1

C1- lµ nhiÖt dung riÖng cña C6H5OH, Kcal / kg.®é

t1- lµ nhiÖt ®é cña s¶n phÈm C6H5OH ra, t1 = 25 0C

m1- lîng C6H5OH , m1= 6909,23 (Kg/h)

NhiÖt dung riªng cña hîp chÊt C6H5OH ®îc x¸c ®Þnh nh sau

M .C =n1.C1 + n2.C2

Trong ®ã

M – khèi lîng mol cña hîp chÊt C6H5OH

C lµ nhiÖt dung riªng cña C6H5OH , J / kg . ®é



nguyªn tö . ®é

Thay vµo ta cã

94. C1 = 6.11700 + 6.18000 + 25100

C1 = 2162,266 J / kg.®é

VËy q1 = 6909,23.2162,266.25 =373489827,9 (J/h) =

89202,252 (Kcal/h)

+ NhiÖt lîng do Na2SO3 mang ra

q2 = C2 . m2 . t2


94

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpC2- lµ nhiÖt dung riÖng cña Na2SO3, Kcal / kg.®é


m2- lîng Na2SO3 , m2 =4826,629 (Kg/h)

NhiÖt dung riªng cña hîp chÊt Na2SO3 ®îc x¸c ®Þnh nh sau

M .C 2 =n1.C1 + n2.C2

Trong ®ã


C2 lµ nhiÖt dung riªng cña Na2SO3 , J / kg . ®é



nguyªn tö . ®é

Thay vµo ta cã

C2 = 1375,4 J / kg . ®é

VËy q2 = 4826,629.1375,4.25 =16596368,2 (j/h) =39637,84

(Kcal/h)

+ NhiÖt lîng do C6H4(OH)2 mang ra

q3 = C3 . m3 . t3

C3- lµ nhiÖt dung riÖng cña C6H4(OH)2 , Kcal / kg.®é

t3- lµ nhiÖt ®é cña C6H4(OH)2 s¶n phÈm ra, t3 = 25 0C

m3- lîng C6H4(OH)2 , m3=33,166 (Kg/h)

NhiÖt dung riªng cña hîp chÊt C6H4(OH)2 ®îc x¸c ®Þnh nh sau

M .C3 =n1.C1 + n2.C2

Trong ®ã

M – khèi lîng mol cña hîp chÊt C6H4(OH)2

C3 lµ nhiÖt dung riªng cña C6H4(OH)2 , J / kg . ®é


95

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpn1, n2 – sè nguyªn tö çc nguyªn tè trong hîp chÊt ®ã


nguyªn tö . ®é

Thay vµo ta cã

13. C3 = 6.11700 + 6.18000 + 2. 25100

C3 = 2021,239 J / kg.®é

VËy q3 = 33,166.2021,239.25 = 1675910,317 (Kcal/h)

+ NhiÖt lîng do OH -(C6H4)2- OH mang ra

q4 = C4 . m4 . t4

C4- lµ nhiÖt dung riÖng cña OH -(C6H4)2- OH , Kcal / kg.®é


m4- lîng OH -(C6H4)2- OH , m4 = 8,591 (Kg / h)

NhiÖt dung riªng cña hîp chÊt OH -(C6H4)2- OH ®îc x¸c ®Þnh

nh sau

M .C3 =n1.C1 + n2.C2

Trong ®ã

M – khèi lîng mol cña hîp chÊt OH -(C6H4)2- OH

C4 lµ nhiÖt dung riªng cña OH -(C6H4)2- OH , J / kg . ®é



nguyªn tö . ®é

Thay vµo ta cã

186. C4 = 12.11700 + 10.18000 + 2. 25100

C4 = 1992,473 J / kg.®é


96

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpVËy q4 = 8,591.1992,473.25 = 427933,388 (j/h) =102,205

(Kcal/h)

+ NhiÖt lîng do C6H5S H mang ra

q5 = C5 . m5 . t5

C3- lµ nhiÖt dung riÖng cña C6H5S H, Kcal / kg.®é

t5- lµ nhiÖt ®é cña C6H5S H s¶n phÈm ra, t5 = 25 0C

m5- lîng C6H5S H, m5 = 265,683 (Kg/h)

NhiÖt dung riªng cña hîp chÊt C6H5S H ® îc x¸c ®Þnh nh sau

M .C5 =n1.C1 + n2.C2

Trong ®ã

M – khèi lîng mol cña hîp chÊt C6H5S H

C5 lµ nhiÖt dung riªng cña C6H5S H , J / kg . ®é


C1,C2 – NhiÖt dung riªng cña çc nguyªn tö t¬ng øng, J / kg

nguyªn tö . ®é

tra b¶ng ta cã :

Cc =11700 j/kg nguyªn tö ®é , CH = 18000 j/kg nguyªn

tö ®é,

Co = 25100 j/kg nguyªn tö ®é, CNa = 33500 j/kg nguyªn

tö ®é.

110 C5 = 6.11700 + 6.18000 + 31000

C5 =1901,818 (j/kg ®é)

C5 =1901,818 (J / kg.®é)

VËy q5 = 1901,818.265,683.25 =12632017,79 (j/h) = 3016,961

(Kcal/h)


97


+ NhiÖt lîng do C6H5ONa d mang ra

q6 = C6 . m6 . t6

C6- lµ nhiÖt dung riÖng cña C6H5ONa, Kcal / kg.®é

t6- lµ nhiÖt ®é cña s¶n phÈm C6H5ONa ra, t6 = 25 0C

m6- lîng C6H5ONa, m6 = 42,846 (Kg/h)

NhiÖt dung riªng cña hîp chÊt C6H5ONa ®îc x¸c ®Þnh nh sau

M .C6 =n1.C1 + n2.C2

Trong ®ã: M - khèi lîng mol cña hîp chÊt C6H5ONa

C6 - lµ nhiÖt dung riªng cña C6H5ONa, J / kg . ®é

n1, n2 - sè nguyªn tö çc nguyªn tè trong hîp chÊt ®ã

C1,C2 - NhiÖt dung riªntg cña çc nguyªn tö t¬ng øng, J/kg

nguyªn tö . ®é

Thay vµo ta cã

C6 = 1886,21 (J / kg.®é)

VËy q6 = 42,846. 1886,21 . 25 = 2020,413 (kj/h) = 482,544

(Kcal/h)

+ NhiÖt lîng do SO2 mang ra

q7 = C7 . m7 . t7

C7- lµ nhiÖt dung riÖng cña SO2 , Kcal / kg.®é

t7- lµ nhiÖt ®é cña SO2 s¶n phÈm ra, t7 = 25 0C

m7- lîng SO2, m7 = 491,716 ( Kg / h)

C7 = 1536,204 (J / kg.®é)

q7 = 491,716.1536,204.25 = 18884,402 (kj/h) = 4510,246

(kcal/h)


98

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp+ NhiÖt lîng do Na2SO3 mang ra

q8 = C8 . m8 . t8

C8- lµ nhiÖt dung riÖng cña Na2SO3 , Kcal / kg.®é

t8- lµ nhiÖt ®é cña s¶n phÈm Na2SO3 ra, t8 = 25 0C

m8- lîng Na2SO3, m8= 3024,985 (kg/h)

C8 = 1375,4 (j/kg .®é)

q8 = 3024,985. 1375,4 .25 = 104014,109 (kj/h) = 24842,156

(kcal/h)

+ NhiÖt lîng do C6H5- C6H5 mang ra

q9 = C9 . m9 . t9

C9- lµ nhiÖt dung riÖng cña C6H5-O- C6H5 , Kcal / kg.®é

t9- lµ nhiÖt ®é cña s¶n phÈm C6H5-O- C6H5 ra, t9 = 25 0C

m9- lîng C6H5-O- C6H5 , m9 = 15,497 (kg/h)

C9 = 1536,204 (J / kg.®é)

q9 = 15,497.1536,204.25 = 595,163 (kj/h) = 142,146 (kcal/h)

VËy tæng nhiÖt lîng mang ra lµ : Q3 = 1837846,667 (kcal/h)


NhiÖt lîng thÊt tho¸t ra m«i trêng xung quanh chóng ta coi gÇn

b»ng 5 % nhiÖt lîng do nguyªn liÖu cung cÊp vµo

Q4 =0,05 Q1 = 3024763,453.0,05 = 151238,173 (kcal/h)


NhiÖt lîng do t¸c nh©n lµm l¹nh ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc

sau:

QLL = Q5 = Q1 + Q2 - ( Q3 + Q4 )

QLL=Q5=


99

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp3024763,453 + 1396,546 - (1837846,667 + 151238,173) =

1037075,159 (Kcal/h)

Tõ qóa tr×nh tÝnh to¸n trªn chóng ta cã thÓ lËp ®îc b¶ng c©n b»ng nhiÖt lîng cho qóa tr×nh

axit hãa .

Lîng nhiÖt vµo Kcal / h NhiÖt lîng ra Kcal / h

Nl do nguyªn

liÖu mang vµo

3024763,4

53


phÈm mang ra

1837846,6

67

NhiÖt do ph¶n

øng

1396,546 NhiÖt lîng mÊt m¸t

ra m«i trêng xunh

quanh

151238,17

3


lµm l¹nh

1037075,1

59

Tæng nhiÖt lîng

vµo

3.026.159,

999

Tæng nhiÖt lîng

mang ra

3.026.159,

999

Ch¬ng III :

TÝnh to¸n thiÕt bÞ chÝnh

I. TÝnh thÓ tÝch lµm viÖc cña thiÕt bÞ chÝnh:

Tra b¶ng ta cã:

- Khèi lîng riªng cña benzen C6H6 :

= 880 g/l

- Khèi lîng riªng cña axit sunfuric H2SO4:

= 1832 g/l

- Lu lîng benzen ®a vµo thiÕt bÞ:


100


V1 = (l/h)

- Lu lîng axit sunfuric ®a vµo thiÕt bÞ lµ:

V1 = (l/h)

- VËy thÓ tÝch hçn hîp nguyªn liÖu ®i vµo thiÕt bÞ lµ:

Vhh = V1 + V2 = 7433,45 + 4729,89 = 12163,34 (l/h)

- Chän thÓ tÝch thiÕt bÞ:

Vhh = 70 80% VthiÕt bÞ

VthiÕt bÞ = 12163,34. = 17376,2 (l/h) = 17,376 (m3/h)

MÆt kh¸c VthiÕt bÞ = S.H

Trong ®ã: S: TiÕt diÖn cña th¸p, m2

H: ChiÒu cao thiÕt bÞ, m

D: §êng kÝnh cña th¸p, m

S = Chän D = 1,6 m

ChiÒu cao thiÕt bÞ lµ: H = 6 m

II. TÝnh to¸n c¬ khÝ mét sè chi tiÕt chñ yÕu cña

thiÕt bÞ:

1. TÝnh chiÒu dµy th©n th¸p.

S = ,m

Trong ®ã:

- Dt: §êng kÝnh trong cña th¸p, m

- : HÖ sã bÒn cña thµnh h×nh trô theo ph¬ng däc


101


- C: HÖ sè bæ xung so ¨n mßn vµ dung sai vÒ chiÒu dµy,

m

- P: ¸p suÊt thiÕt bÞ, N/m2

- P = Pmt + Ph

- Pmt: ¸p suÊt lµm viÖc cña thiÕt bÞ Pmt = 1.106, N/m2

- Ph: ¸p suÊt thuû tÜnh cña níc, Ph = .g.H, N/m2

Víi g: Gia tèc träng trêng, g = 9,81 m/s2

H: ChiÒu cao cét chÊt láng, H = 4m

S: Khèi lîng riªng cña chÊt láng, kg/m3

= 1356 kg/m3

Ph = .g.H = 1356.9,81.4

Ph = 5,32.104 N/m2

Ph = 1.106 + 5,32.104 = 1,05.106 N/m2

Tra b¶ng ta cã: = 0,95

C = C1 + C2 + C3

C1: Bæ xung do ¨n mßn, C1 = 1 mm

C2: Bæ xung do bµo mßn, C2 = 0

C3: Dung sai vµ chiÒu dµy C3 = 0,8 mm

- øng suÊt cña thÐp CT3 theo giíi h¹n bÒn kÐo:

- [k] = (N/m2)

Tra b¶ng : nk =2,6 HÖ sè an toµn

= 1, hÖ sè ®iÒu chØnh

Suy ra: [k] = (N/m2)

- øng suÊt cho phÐp tÝnh theo giíi h¹n ch¶y:


102


[k = ] (N/m2)

Tra b¶ng nc = 1,5 : hÖ sè an toµn

= 1, hÖ sè ®iÒu chØnh

Suy ra: [k] = (N/m2)

Ta lÊy gi¸ trÞ nhá h¬n trong hai kÕt qu¶ võa t×nh ®îc cña øng

suÊt ®Ó tÝnh to¸n:

Ta lÊy [k] = 173,08.106 (N/m2)

V×

Do ®ã cã thÓ bá qua ®¹i lîng P ë mÉu sè trong c«ng thøc tÝnh

chiÒu dµy:

S =

S = ,m

Chän S = 8 mm

Chän ®¸y vµ n¾p elip cña thiÕt bÞ cã cïng kÝch cì:

S®¸y = Sn¾p = 8 mm

S = 8 mm hb = 400 mm

Dt = 1600 mm h = 40 mm

2. TÝnh ®êng kÝnh èng dÉn s¶n phÈm vµ nguyªn liÖu.

d = ,m

Trong ®ã: : Tèc ®é trung b×nh , chän = 0,2 m/s

V: Lu lîng thÓ tÝch hçn hîp, V = 4,27 m3/h = 1,18.10-3

m3/h


103


d = m = 86,7 mm

Chän d = 100 mm

Chän ®êng kÝnh èng ®a nguyªn liÖu vµo lµ 100 mm.

Chän ®êng kÝnh èng h¬i lµ 100 mm.

3. Chän bÝch nèi thiÕt bÞ.

Chän bÝch cña n¾p vµ th©n, th©n - th©n, th©n - ®¸y cïng mét

kiÓu bÝch vµ cïng mét kÝch cì.

Chän kiÓu bÝch liÒn víi thiÕt bÞ lµm b»ng thÐp.

Tra b¶ng ta cã çc th«ng sè vÒ bÝch:

P = 1.106 N/m2 D = 1810 mm D1 = 1675 mm Bu l«ng db =

M20

Dt = 1600 mm Db = 17400

mm

D0 = 1619 mm Z = 52 çi

Chän mÆt bÝch ®Ó l¾p ghÐp çc èng dÉn vµo th©n hoÆc ®¸y

vµ n¾p. Chän lo¹i bÝch liÒn b»ng kim lo¹i ®en kiÓu 1 ®Ó nèi

çc bé phËn cña thiÕt bÞ.

B¶ng: Sè liÖu vÒ bÝch

P =

1.106

N/m2

Dy

m

m

KÝch híc nèi Bu l«ng H

m

m

Dn ,m

m

Dt ,mm D ,mm Dl ,mm Db Z

1,0 10

0

108 205 170 148 M1

6

4 22

III. CÊu t¹o cña chãp vµ èng ch¶y chuyÒn.


104

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp- Chän ®êng kÝnh cña èng h¬i, m

dh = 66 mm = 0,066 m

- Sè chãp trªn ®Üa ®îc tÝnh:

n =

Trong ®ã:

D: §êng kÝnh trong cña th¸p, D = 1,6 m

BÒ mÆt tù do cña ®Üa, Ftù do = 0,1

n = chãp

Quy chuÈn sè chãp lµ n = 66 chãp

§êng kÝnh cña chãp:

dch =

: ChiÒu dµy cña chãp, chän = 3 mm

dch =

dch = 97,67 mm (chän dch = 100 mm)

ChiÒu cao cña chãp phÝa trªn èng dÉn h¬i.

Hh = 0,25.dh = 0,25.0,066 = 0,0165 m

LÊy hh = 0,02 m = 20 mm

* §êng kÝnh èng ch¶y chuyÒn.

d = ,m

G: Lu lîng láng trung b×nh ®i trong th¸p, kg/h

: Khèi lîng riªng cña láng, kg/m3

w: Tèc ®é chÊt láng trong èng ch¶y chuyÒn w = 0,1 m/s

z: Sè èng ch¶y chuyÒn z = 1


105


G = 6541,436 kg/h

= (880 + 1832)/2 = 1356 kg/m3

VËy ®êng kÝnh èng ch¶y chuyÒn:

d = ,m

Kho¶ng çch tõ mÆt ®Üa ®Õn ch©n chãp.

Trong thùc tÕ thêng lÊy s = 5 mm

ChiÒu cao møc chÊt láng trªn khe chãp

Trong thùc tÕ hl = 30 mm

ChiÒu cao cña khe chãp

LÊy b = 0,072 m = 72 mm

Sè lîng khe hë mçi chãp

i =

c: Kho¶ng çch gi÷a çc khe, chän c = 4 mm

b: ChiÒu cao cña khe chãp, mm

dch: §êng kÝnh chãp, mm

dh: §êng kÝnh èng h¬i, mm

i = mm

Chän i = 66 khe chãp

ChiÒu réng cña khe chãp, mm

a = mm

Chän a = 1 mm

Kho¶ng çch tõ ®Üa ®Õn ch©n èng ch¶y chuyÒn. LÊy S = 5

mm


106

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpKho¶ng çch tõ t©m èng ch¶y chuyÒn ®Õn t©m chãp gÇn

nhÊt.

T =

Ll : Kho¶ng çch nhá nhÊt gi÷a chãp vµ èng ch¶y chuyÒn

Chän ll = 75 mm

Ta ®îc:

T = mm

Chän T = 190 mm

ChiÒu cao cña chãp: lÊy l = 90 mm

ChiÒu cao cña èng dÉn h¬i trªn ®Üa

Lh = 1 - - hh = 90 - 3 - 20 = 67 mm

Chän Lh = 65 mm

PhÇn IV:

TÝnh to¸n kinh tÕ vµ x©y dùng

Ch¬ng I:

X©y dùng

I. Giíi thiÖu:

Ph©n xëng s¶n xuÊt phenol ®i tõ benzen, víi n¨ng suÊt 55.000

tÊn/n¨m ®îc thiÕt kÕ vµ x©y dùng n»m trong khu liªn hîp läc

dÇu Dung QuÊt - Qu¶ng Ng·i.

Tæng mÆt b»ng cã diÖn tÝch lµ: 10.000 m2.

Sè c«ng nh©n lµm viÖc trong ph©n xëng lµ 20 ngêi.


107

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpPh©n xëng s¶n xuÊt phenol ®îc x©y dùng t¹i Dung QuÊt -

Qu¶ng Ng·i lµ do çc yÕu tè thuËn lîi sau:

- Nguyªn liÖu (Benzen) ®Ó s¶n xuÊt Phenol ®îc lÊy trùc tiÕp

ngay t¹i khu liªn hîp läc dÇu.

- Chi phÝ cho viÖc vËn chuyÓn sÏ gi¶m rÊt nhiÒu, ®em l¹i lîi

nhuËn cao (chiÕm 40-60%) gi¸ thµnh s¶n phÈm).

- ViÖc sö dông khÝ th¶i, phÕ phÈm ®îc tËp trung, do ®ã Ýt ¶nh

hëng ®Õn vÊn ®Ò m«i sinh còng nh chi phÝ cho qu¸ tr×nh sö lý

çc phÕ th¶i ®ã.

II. Çc yªu cÇu ®èi víi ®Þa ®iÓm x©y dùng.

1. Yªu cÇu chung.

* §Þa ®iÓm x©y dùng ph¶i phï hîp víi qui ho¹ch l·nh thæ, qui

ho¹ch vïng, qui ho¹ch côm kinh tÕ c«ng nghiÖp ®· ®îc çc cÊp

cã thÈm quyÒn phª duyÖt.

* Ph©n xëng ph¶i gÇn víi nguån cung cÊp nguyªn liÖu cho s¶n

xuÊt vµ gÇn n¬i tiªu thô s¶n phÈm.

* Phï hîp vµ tËn dông tèi ®a hÖ thèng giao th«ng quèc gia, hÖ

thèng m¹ng líi cung cÊp ®iÖn.

* Ph¶i chän ®Þa ®iÓm x©y dùng gÇn víi n¬i cung cÊp vËt liÖu

x©y dùng, chó ý ®Õn kh¶ n¨ng cung øng c«ng nh©n cho x©y

dùng còng nh vËn hµnh nhµ m¸y sau nµy.

2. Yªu cÇu vÒ kü thuËt x©y dùng.

Khu ®Êt ph¶i cã kÝch thíc vµ h×nh d¹ng thuËn lîi cho viÖc x©y

dùng tríc m¾t còng nh viÖc më réng nhµ m¸y trong t¬ng lai.

Khu ®Êt ph¶i cao r¸o, tr¸nh ngËp lôc trong mïa ma lò.


108

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpKhu ®Êt ph¶i t¬ng ®èi bµng ph¼ng vµ cã ®é dèc tùu nhiªn tèt

nhÊt lµ 0,5 - 1% ®Ó h¹n chÕ kinh phÝ cho san lÊp mÆt b»ng

(chiÕm 10 - 15% gi¸ trÞ c«ng tr×nh)

Khu ®Êt ®îc chän kh«ng ®îc n»m trªn çc vïng cã 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. Nªn x©y dùng

trªn nÒn ®Êt sÐt, sÐt pha çt... ®Ó gi¶m chi phÝ gia cè nÒn

mãng.

CÇn chó ý ®Õn mèi quan hÖ gi÷a khu d©n c ®« thÞ vµ khu

c«ng nghiÖp. Ph¶i ®¶m b¶o tíi møc cÇn thiÕt vÊn ®Ò m«i sinh.

III. Tæng mÆt b»ng nhµ m¸y.

1. Çc h¹ng môc c«ng tr×nh

STT Tªn c«ng tr×nh ChiÒu dµi,

m

ChiÒu

réng, m

DiÖn tÝch,

m2

1 C¨ng tin vµ nhµ ¨n 24 12 288

2 Khu hµnh chÝnh 24 12 288

3 Nhµ ®Ó xe 36 12 648

4 Nhµ b¶o vÖ 4*6 4*6 96

5 Phßng ho¸ nghiÖm 9 6 54

6 Phßng kü thuËt 9 6 54

7 Phßng ®iÒu khiÓn 9 6 54

8 Nhµ s¶n xuÊt 48 15 720

9 Kho thµnh phÈm 18 12 216

10 Khu xö lý níc th¶i 18 12 216

11 Khu më réng s¶n 48 18 864


109


xuÊt

12 Kho nguyªn liÖu 18 12 216

13 Nhµ cøu ho¶ 12 9 54

14 Khu s¶n xuÊt h¬i níc 24 12 108

15 Tr¹m cÊp níc 6 6 36

16 Tr¹m biÕn ¸p 6 6 36

17 Nhµ ®Ó xe chuyªn

dông

12 12 144

18 D¶i c©y xanh ph©n

çch

19 Nhµ ®Ó xe 18 9 162

Tæng diÖn tÝch s¶n

xuÊt

4272

2. Nguyªn t¾c thiÕt kÕ.

Dùa vµo nguyªn t¾c ph©n vïng vµ dùa vµo ®Æc ®iÓm s¶n

xuÊt cña ph©n xëng mµ tæng mÆt b»ng ®îc ph©n ra lµm 4

vïng chÝnh sau:

- Khu hµnh chÝnh.

- Khu s¶n xuÊt vµ kho tµng.

- Khu n¨ng lîng phô trî.HÖ thèng giao th«ng vµ khu«n viªn

Khu hµnh chÝnh, héi trêng, c¨ng tin, nhµ ¨n, tr¹m y tÕ ®îc bè trÝ

phÝa tríc nhµ m¸y.

Khu s¶n xuÊt vµ kho tµng gåm nhµ s¶n xuÊt Phenol, kho thµnh

phÈm, kho chøa nguyªn liÖu, phßng thÝ nghiÖm, phßng kü

thuËt vµ phßng ®iÒu khiÓn trung t©m.


110

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpKhu n¨ng lîng phô trî gåm tr¹ biÕn thÕ, nhµ phßng ch¸y ch÷a

ch¸y, tr¹m cÊp níc.

HÖ thèng giao th«ng vµ c«ng viªn, ®êng giao th«ng víi chiÒu

réng 6m ®îc bè trÝ sao cho çc qu¸ tr×nh vËn chuyÓn, ®i l¹i,

phßng ch¸y thuËn tiÖn. Nguyªn t¾c ph©n vïng cã çc u khuyÕt

®iÓm sau:

* u ®iÓm:

- DÔ qu¶n lý theo tõng bé phËn, theo çc khu vùc, theo çc giai

®o¹n kh¸c nhau cña qu¸ tr×nh s¶n xuÊt.

- Víi nguyªn t¾c nµy sÏ thÝch hîp víi nh÷ng ph©n xëng cã çc

giai ®o¹n kh¸c nhau.

- HÖ thèng giao th«ng ®îc bè trÝ dÔ dµng h¬n.

- ThuËn lîi cho viÖc më réng vµ ph¸t triÓn nhµ m¸y trong t¬ng

lai.

- §Æc biÖt phï hîp víi ®Æc ®iÓm x©y dùng ë níc ta.

* Nh îc ®iÓm:

- D©y truyÒn s¶n xuÊt ph¶i kÐo dµi.

- HÖ thèng ®êng èng, ®êng giao th«ng t¨ng.

- HÖ sè x©y dùng, hÖ sè sö dông Ýt.

IV. ChØ tiªu kinh tÕ:

HÖ sè x©y dùng: Kxd = 28%

HÖ sè sö dông : Ksd = 65%

Trong ®ã:

Kxd =


111


Ksd =

F – DiÖn tÝch toµn nhµ m¸y, F= 15.000 m2

A – DiÖn tÝch ®Êt x©y dùng, A = 6410 m2

B – DiÖn tÝch ®Êt lé thiªn, B = 3100 m2

C – DiÖn tÝch cña ®êng bé, vØa hÌ...., C = 3500 m2

V. KÕt cÊu çc c«ng tr×nh x©y dùng.

1. Nhµ hµnh chÝnh, nhµ ®iÒu khiÓn trung t©m, nhµ sinh ho¹t,

c¨ng tin, héi trêng, nhµ y tÕ ®îc thiÕt kÕ nh sau:

Nhµ x©y dùng cÊp 4 m¸i dèc vÒ hai phÝa, lîp bõng

fibroxim¨ng cã çc cét biªn b»ng bª t«ng cèt thÐp.

KÝch thíc cét lµ: 300x300x3600 mm.

Cét gi÷a cã çc kÝch thíc: 300x4400x4200 mm.

Dïng mãng ®¬n díi cét cã çc kÝch thíc lµ:

B¶ng: KÝch thíc mãng nhµ.

TiÕt diÖn cét C1 D1 C d H

300x300 800 800 1300 1300 600

2. Nhµ s¶n xuÊt.

- ChiÒu dµi nhµ 48m, chia lµm 8 bíc cét, mçi bíc cét 6m.

- ChiÒu cao nhµ lµ 10m.

- Cét cã kÕt cÊu b»ng bª t«ng cèt thÐp kÝch thíc phÇn díi vai cét

lµ 400x600x6200 mm, phÇn trªn vai cét cã kÝch thíc lµ

400x400x3200 mm.

- KÕt cÊu mãng dïng ®¬n díi cét cã dÇm mãng kÝch thíc

250x400x5900.


112

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp- DÇm hai m¸i (dèc vÒ hai phÝa) cã i = 1-15; L = 12m.

- DÇm m¸i khung thÐp l¾p ghÐp.

3. KÕt cÊu çc c«ng tr×nh phô trî nh tr¹m biÕn thÕ, nhµ

b¶o vÖ...

KÕt cÊu cña m¸i b»ng bª t«ng cèt thÐp, têng bao quanh dµy

220 mm, têng ng¨n dµy 110 mm. NÒn ®æ xim¨ng çt sái cã l¸t

g¹ch hoa.

VI. Giao th«ng vµ khu khu«n viªn.

§êng giao th«ng trong nhµ m¸y ®îc d¶i nhùa ®êng, cã

chiÒu réng 6m, chia lµm hai lµn chÝnh, nèi çc khu s¶n xuÊt víi

nhau ®¶m b¶o mËt ®é giao th«ng vËn chuyÓn çc nguyªn vËt

liÖu cïng nh s¶n phÈm dÔ dµng.

Hai bªn ®êng vµ xung quanh çc c«ng tr×nh ®îc trång c©y

®¶m b¶o c¶nh quan vµ gi÷ m«i sinh trong lµnh.

VII. Yªu cÇu khi x©y dùng nhµ m¸y.

- VÊn ®Ò hµng ®Çu lµ viÖc x©y dùng d©y chuyÒn c«ng nghÖ

tr¸nh c¾t nhau chång chÐo lªn nhau.

- ThiÕt bÞ gän gµng, an toµn, nhµ s¶n xuÊt x©y ®óng qui çch

vµ thiÕt kÕ ®· ®Ò ra, ®¶m b¶o cho qu¸ tr×nh lµm viÖc kho¶ng

30 n¨m.

- Bé phËn cøu ho¶ bè trÝ ë çc vÞ trÝ thuËn tiÖn nhÊt.

- Çc bé phËn xö lý khÝ th¶i, níc th¶i... ph¶i ®Æt cuèi híng giã

(cuèi nhµ m¸y) ®Ó ®¶m b¶o m«i sinh trong khu vùc nhµ m¸y.

- Bè trÝ çc ®êng cÊp nhiªn liÖu, nguyªn liÖu cho ph©n xëng

ph¶i thuËn tiÖn hîp lý vµ an toµn cho viÖc phßng ch¸y næ.


113



114

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpCh¬ng 2:

Kinh TÕTrong nÒn kinh tÕ thÞ rêng ngµy nay, viÖc x¸c ®Þnh çc

chØ tiªu kinh tÕ cã mét ý nghÜa rÊt quan träng, ®¶m b¶o vÒ

kinh tÕ th× sÏ duy tr× ®îc sù ho¹t ®éng còng nh cã nhiÒu kh¶

n¨ng më réng qui m« s¶n xuÊt trong t¬ng lai.

B¶n luËn ¸n nµy xin ®a ra ph¬ng híng h¹ch to¸n kinh tÕ cho

ph©n xëng s¶n xuÊt Phenol. Víi çc sè liÖu gi¶ thiÕt, do ®ã cã

thÓ kh«ng ®îc s¸t víi thùc tÕ.

I. Vèn ®Çu t cho ph©n xëng.

1. Vèn ®Çu t cè ®Þnh.

Vãn ®Çu t cè ®Þnh = vèn ®Çu t cho x©y dùng + Vèn ®Çu t

thiÕt bÞ.

a. Vèn ®Çu t cho x©y dùng nhµ xëng:

Trong toµn bä ph©n xëng, tÊt c¶ çc mÆt b»ng ®Òu tr¶i nhùa,

thiÕt kÕ theo kiÓu lé thiªn - b¸n lé thiªn.

Ngoµi nhµ s¶n xuÊt chÝnh cßn ph¶i x©y nhiÒu c«ng tr×nh phô

trî nh: Nhµ hµnh chÝnh, héi trêng...

Tæng diÖn tÝch nhµ m¸y lµ: 20.000 m2

Gi¶ thiÕt viÖc x©y dùng ph©n xëng cÇn: 300 triÖu ®ång.

Gi¶ thiÕt tiÒn c«ng nh©n x©y dùng lµ: 100 triÖu ®ång.

Vèn ®Çu t cho nhµ xëng lµ: 300 + 100 = 400 triÖu ®ång

b. Vèn ®Çu t thiÕt bÞ:

Gi¶ thiÕt ®Çu t cho thiÕt bÞ lµ 600 triÖu ®ång.

Vèn ®Çu t = 400 + 600 = 1.000 triÖu ®ång.


115

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp2. Vèn ®Çu t lu ®éng.

Sè vßng quay trong n¨m = 1.

Doanh thu = Gi¸ s¶n phÈm*S¶n lîng.

Gi¶ thiÕt gi¸ b¸n lµ: 5 triÖu ®ång/tÊn.

Doanh thu: 20.000*5.000.000 = 100.000 triÖu ®ång

Vèn ®Çu t lu ®éng lµ: 100.000/l = 100.000 triÖu ®ång.

3. Vèn ®Çu t ban ®Çu.

1.000 + 100.000 = 101000 triÖu ®ång

II. Ho¹ch to¸n chi phÝ kh¸c.

1. TÝnh to¸n nguyªn liÖu trùc tiÕp lµ: 50.000 triÖu ®ång

- Tæng ®Çu t nguyªn liÖu trùc tiÕp lµ: 50.000 triÖu ®ång

- Cho 1 ®¬n vÞ s¶n phÈm: 50.000/20.000 = 2,5 triÖu

®ång

- §iÖn : Tæng c«ng suÊt m¸y mãc thiÕt bÞ lµ 2000 kW/h

§iÖn tiªu thô trong mét n¨m: 2.000x24x355 = 17.040.000

kW/h.

- §iÖn sinh ho¹t: 3.030 kw/h.355 = 10.650 k/h

Chi phÝ sö dung ®iÖn trong mét n¨m:

(17.040.000 + 10.650).1200 = 20.460,78 triÖu

®ång

2. L¬ng c«ng nh©n.

- L¬ng b×nh qu©n: 3 triÖu ®ång/ngêi/th¸ng

- Tæng quü l¬ng cho mét n¨m: 3*20*12 = 720 triÖu ®ång.

- Tr¶ l¬ng cho mét ®¬n vÞ s¶n phÈm: 720/20.000 = 0,36

triÖu ®ång


116


- TrÝch 19% theo l¬ng ®Ó tr¶ b¶o hiÓm x· héi, y tÕ...

- Trong mét n¨m: 720*0,19 = 136,8 triÖu ®ång.

- Tr¶ phô cÊp ®éc h¹i: 10% theo l¬ng

- Trong mét n¨m: 720*0,1 = 72 triÖu ®ång

- Cho mét ®¬n vÞ s¶n phÈm: 72/20.000 = 0,0036 triÖu

®ång.

3. Chi phÝ chung cho ph©n xëng.

- KhÊu hao tµi s¶n cè ®Þnh bao gåm:

+ KhÊu hao thiÕt bÞ: 10%*600*0,1 = 60 triÖu ®ång

+ KhÊu hao vèn ®Çu t nhµ xëng 5%: 400*0,05 = 20 triÖu

®ång

KhÊu hao tµi s¶n cè ®Þnh: 60 +20 = 80 triÖu ®ång

KhÊu hao tµi s¶n cè ®Þnh cho mét ®¬n vÞ s¶n phÈm:

80/20.000 = 0,004 triÖu ®ång

- Tæng chi phÝ kh¸c chiÕm 20% tµi s¶n khÊu hao cè ®Þnh.

Tæng gi¸ thµnh = Chi phÝ s¶n cuÊt chung + Chi phÝ tiªu

thô + Chi phÝ qu¶n lý doanh nghiÖp.

B¶ng: Tæng gi¸ thµnh

Chi phÝ TÝnh cho mét ®¬n vÞ

s¶n phÈm (TriÖu ®ång)

TÝnh cho c¶

n¨m (TriÖu

®ång)

Chi phÝ s¶n xuÊt

chung

3,57424 71485,58


117

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpChi phÝ doanh

nghiÖp

0,07149 1429,7116

Chi phÝ tiªu thô 0,07149 1429,7116

Tæng gi¸ thµnh 3,71722 74345,0032

III. Gi¸ thµnh vµ lîi nhuËn.

1. X¸c ®Þnh gi¸ b¸n.

Gi¸ thµnh s¶n phÈm 5.000.000 ®ång/tÊn.

2. Lîi nhuËn.

a- Doanh thu: 100.000 triÖu ®ång.

b- ThuÕ VAT (10%)

ThuÕ VAT ®Çu ra = 10% doanh thu +10% ®iÖn

ThuÕ VAT ®Çu ra = 0,1*100.000 + 0,1*20460,78

ThuÕ VAT ®Çu ra = 12046,078 triÖu ®ång

ThuÕ VAT ®Çu vµo = 0,1*50.000 triÖu ®ång = 5.000 triÖu

®ång

ThuÕ VAT = §Çu ra - §Çu vµo

= 12.046,078 - 5000 = 7.046,078 triÖu ®ång

c- Lîi nhuËn.

Lîi nhuËn = Doanh thu - (Gi¸ toµn bé + ThuÕ VAT)

= 100.000 - (74.301,38 + 7.046,078) = 18608,9188

triÖu ®ång.

B¶ng: LËp ph¬ng ¸n cho mét tÊn s¶n phÈm 8 tæng s¶n lîng.

Kho¶n môc Chi phÝ cho mét

®¬n vÞ s¶n

phÈm (triÖu

Chi phÝ cho toµn

bé s¶n lîng (triÖu

®ång)


118


®ång)

Chi phÝ nguyªn liÖu

trùc tiÕp

Tæng nguyªn liÖu

§iÖn

2,5

1,023

50000

20460,78

Chi phÝ nh©n c«ng

L¬ng

TrÝch 19%

10% ®éc h¹i

0,036

0,00684

0,0036

720

136,8

72

Chi phÝ chung ph©n x-

ëng

KhÊu hao tµi s¶n cè

®Þnh

Chi phÝ kh¸c

Chi phÝ qu¶n lý doanh

nghiÖp

Chi phÝ tiªu thô

Gi¸ thµnh toµn b«

Gi¸ b¸n dù kiÕn

ThuÕ VAT

ThuÕ vèn

Lîi nhuËn

0,004

0,0008

0,07149

0,07149

3,71722

5000

0,3523

0,011

0,93045

80

16

1429,7116

1429,7116

74345,0032

100000

7046,078

219,244

18608,9188

IV. X¸c ®Þnh hiÖu qu¶ kinh tÕ vµ thêi gian thu håi

vèn.

* HiÖu qu¶ kinh tÕ cña vèn ®Çu t.


119


E = Lî nhuËn n¨m/vèn ®Çu t

Thêi gian thu håi vèn = n¨m

V: Vèn ®Çu t ban ®Çu, triÖu ®ång

LN: Lîi nhuËn hµng n¨m, triÖu ®ång

CFC: Chi phÝ chung cho ph©n xëng, triÖu ®ång

PhÇn V:

An toµn lao déngTæ chøc an toµn vµ b¶o hé lao ®éng trong nhµ m¸y lµ mét

c«ng viÖc kh«ng thÓ t¸ch rêi khái s¶n xuÊt. B¶o vÖ tèt søc khoÎ

lao ®éng cho ngêi s¶n xuÊt cho phÐp ®Èy m¹nh søc s¶n xuÊt

n©ng cao n¨ng suÊt lao ®éng.

Nguyªn nh© x¶y ra tai n¹n lao ®éng:

- thêng do çc nguyªn nh©n chÝnh sau khi do kü thuËt, do

tæ chøc giao nhËn), do vÖ sinh c«ng nghiÖp.

- Trong nhµ m¸y chÕ biÕn dÇu má bÞ « nhiÔm chñ yÕu bëi

khÝ hydrocarbon (hydrocarbon m¹ch th¼ng cã tÝnh ®éc h¬n

hydrocarbon m¹ch nh¸nh, hydrocarbon vßng ®éc h¬n m¹ch

th¼ng).

- ¶nh hëng bëi çc khÝ phô trî nh khÝ CO2, H2S

Khi nghiªn cøu t¸c h¹i cña ho¸ chÊt vµ bôi ngêi ta ®a ra

nång ®é çc hîp chÊt ®éc h¹i cho phÐp tèi ®a nh sau:

Hîp chÊt Nång ®é mg/l

X¨ng - dung m«i < 0.3


120


H2S 0,01

Bôi 2

SO2 0,01

......

§Ó chèng bôi cÇn thiÕt ph¶i sö dông çc biÖn ph¸p tèi thiÓu

sau:

- C¬ khÝ ho¸, tù ®éng ho¸ qu¸ tr×nh s¶n xuÊt ®Ó h¹n chÕ

t¸c dông cña çc hîp chÊt ®éc h¹i.

- Bao kÝn thiÕt bÞ

- Thay ®æi ph¬ng ph¸p c«ng nghÖ lµm s¹ch

- Th«ng giã hót bôi

- B¶o ®¶m vÖ sinh cong nghiÖp

Çc biÖn ph¸p cÇn thiÕt ®Ó phßng chèng ch¸y næ :

Thay kh©u s¶n xuÊt nguy hiÓm b»ng kh©u Ýt nguy hiÓm.

C¬ khÝ ho¸, tù ®éng ho¸ çc 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 ch¸y tho¸t ra xung

quanh khu s¶n xuÊt.

Lo¹i trõ kh¶ n¨ng ph¸t sinh måi löa t¹i nh÷ng n¬i cã liªn

quan ®Õn ch¸y næ. Kh¶ n¨ng t¹o nång ®é nguy hiÓm cña çc

chÊt ch¸y.

T¹i nh÷ng n¬i cã thÓ g©y ch¸y næ cÇn ®Æt biÓn cÊm,

dông cô chøa ch¸y ë nh÷ng n¬i dÔ thÊy vµ thuËn tiÖn thao t¸c.

X©y dùng ®éi ngò chøa ch¸y chuyªn nghiÖp vµ nghiÖp d

thêng xuyªn kiÓm tra diÔn tËp.


121


Khi cã sù cè ch¸y næ x¶y ra tuú tÝnh chÊt nguy hiÓm cña

n¬i t¹o ch¸y cÇn ph¶i cÊp tèc thi hµnh çc biÖn ph¸p kÜ thuËt

cÇn thiÕt ë nh÷ng n¬i l©n cËn nh ngõng c«ng t¸c, c¾t ®iÖn,

ph¸t tÝn hiÖu cÊp cøu ch÷a ch¸y.

Trªn ®©y chØ lµ mét sè biÖn ph¸p tèi thiÓu trong c«ng t¸c

phßng chèng ch¸y næ, b¶o hé lao ®éng trong nhµ m¸y, xong

cÇn thiÕt ph¶i tuyªn truyÒn mäi ngêi thùc hiÖn tèt biÖn ph¸p

phßng ngõa ®Ó ®¶m b¶o an toµn cho qu¸ tr×nh s¶n xuÊt.

KÕt luËn Qua qu¸ tr×nh thiÕt kÕ cong nghÖ s¶n xuÊt Phenol, b¶n

®å ¸n ®· thùc hiÖn nh÷ng phÇn sau:

Nªu çc ph¬ng ph¸p s¶n xuÊt Phenol trong c«ng nghiÖp

TÝnh chÊt cña ph¬ng ph¸p s¶n xuÊt Phenol qua benzen

sunfo axit


122


C¬ chÕ ph¶n øng sunfo ho¸ vµ nãng ch¶y kiÒm.

TÝnh chÊt cña nguyªn liÖu vµ s¶n phÈm.

D©y chuyÒn s¶n xuÊt Phenol

C©n b»ng vËt chÊt.

C©n b»ng nhiÖt lîng.

TÝnh to¸n thiÕt bÞ chÝnh.

MÆt b»ng ph©n xëng s¶n xuÊt Phenol.

TÝnh to¸n kinh tÕ

Nghiªn cøu qóa tr×nh s¶n xuÊt phenol lµ ®iÒu hÕt søc quan

träng v× thÕ nã ®· ®îc thùc hiÖn tõ l©u vµ ®a vµo s¶n xuÊt.

Do ®ã kinh nghiÖm vµ c«ng nghÖ s¶n xuÊt cã nhiÒu nªn qóa

tr×nh nghiªn cøu ®· t¹o cho em nhiÒu thuËn lîi. Sau mét thêi

gian nghiªn cøu vµ ®îc sù híng dÉn nhiÖt t×nh cña thÇy GS.TS

§µo V¨n Têng em ®· hoµn thµnh ®å ¸n m«n häc, ®¶m b¶o ®îc

tÝnh chÝnh x¸c vµ thêi gian qui ®Þnh. Em xin ch©n thµnh c¶m

¬n thÇy vµ cïng toµn thÓ çc b¹n ®· gióp ®ì em trong qóa

tr×nh nghiªn cøu.

Nhng do thêi gian vµ tr×nh ®é cã h¹n nªn kh«ng thÓ tr¸nh

khái nh÷ng sai sãt trong b¶n ®å ¸n tèt nghiÖp nµy. V× vËy em

rÊt mong ®îc sù ®ãng gãp ý kiÕn cña çc thÇy cïng tÊt c¶ çc

b¹n

Ngêi thùc hiÖn

NguyÔn V¨n TiÕn

Líp HD 2 - K44


123


Tµi liÖu tham kh¶o1.Phan Minh T©n –Tæng hîp h÷u c¬ hãa dÇu, TP Hå ChÝ Minh

1999

2. §HBK Hµ Néi – Kü thuËt tæng hîp h÷u c¬ ,1979

3. §HBK Hµ Néi- Kü thuËt tæng çc chÊt trong trung gian,1976

4. §HBK Hµ Néi ,Sæ tay qóa tr×nh vµ thiÕt bÞ hãa häc. TËp 1,

tËp 2, NXB khoa häc kü thuËt,1976

5. §HBK Hµ Néi , Sæ tay Hãa lÝ , NXB khoa häc kü thuËt, 1977

6. NguyÔn MËu QuyÒn, Hãa Häc V« c¬, Nhµ xuÊt b¶n khoa häc

kü thuËt,1999

7.TËp thÓ t¸c gi¶,Hå C«ng Xinh, NguyÔn ThÞ Thanh, Hãa H÷u

c¬, TËp 3 ,1997

9. §HBK thµnh phè Hå ChÝ Minh. Sæ tay tãm t¾t ®¹i lîng ho¸ lý,

1990

10, V¬ng §×nh Nhµn. Sæ tay tãm t¾t cña kü s ho¸ chÊt, 1961

11. Barbara Elvers, Stephen Hawkins.

Ullman’s Encyclopedia of industrial chemistry, Vol A19, 1991

12. Wolfgang Gerhartz.


13. Barbara Elvers, Stephen Hawkins.


14. Barbara Elvers, Stephen Hawkins, Michael Ravenscroft.


15. Hydrocacbon Processing, February - 1999


124

Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp16. Hydrocacbon Processing, October - 1998

17. Hydrocacbon Processing, March - 1997

18. Hood, Horace. United States Patent, July 4, 1995


125

Documents

San Xuat Phenol Bang Con Dg Kiem Hoa 4336