Thiết Kế Phân Xưởng Sản Xuất Phenol Bằng Con Đường Kiềm Hoá

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

Lời mở đầuTại các nước, công nghiệp hoá học đã phát triển từ lâu và nó chiếm một vị

trí quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, nó là một ngành sống còn cho các

ngành khác bởi vì nó tạo ra nguồn nguyên vật liệu cho các ngành khác đi vào sản

xuất, và tạo ra một giá tri kinh tế rất lớn. Còn tại Việt Nam do yếu tố lịch sử nên

công nghiệp hóa học còn lạc hậu chưa phát triển cả về số lượng lẫn chất lượng,

gần đây chính phủ Việt Nam đã và đang đầu tư, đổi mới về trang thiết bị lẫn con

người nhằm thúc đẩy công nghiệp hóa học phát triển, đuổi kịp các nước trong

khu vực và trên thế giới.

Các sản phẩm của ngành công nghiệp hoá học ngày càng đa dạng, được sử

dụng rộng rãi trong công nghiệp và đời sống hằng ngày bởi những ưu điểm hết

sức qúi báu của nó mà khó có thể thay thế được như nhẹ, bền nhiệt và cơ, hơn

nữa giá thành sản xuất lại rẻ hơn nhiều và nguồn nguyên liệu lại dồi dào hơn so

với các vật liệu khác.

Phenol là một trong những sản phẩm trung gian có vai trò quan trọng trong

ngành công nghiệp hoá học. Từ phenol chúng ta có thể sản xuất được nhiều các

sản phẩm hóa học có giá trị kinh tế lớn như tổng hợp các hợp chất cao phân tử

(nhựa formandehyt, sợi tổng hợp, capron, nilon). Ngoài ra phenol còn dùng để

sản xuất thuốc nhuộm, các loại dược phẩm, thuốc nổ, thuốc trừ sâu, sản xuất các

chất hoạt động bề mặt, được dùng làm chất tẩy trùng, tẩy độc. Hơn nữa sản xuất

từ con đường phenol có hiệu xuất cao hơn, rẻ về kinh tế và đơn giản về mặt công

nghệ sản xuất. Vì vậy việc nghiên cứu qúa trình sản xuất phenol là một vấn đề

sản xuất hết sức quan trọng.

Trong đồ án tốt nghiệp em được giao nhận về đề tài là “Thiết kế phân

xưởng sản xuất phenol bằng con đường kiềm hoá”. Một trong những phương

pháp phổ biến mà hiện các nước đều áp dụng để sản xuất phenol. Đây là một đề

tài rất hay nhưng cũng rất khó khăn trong qúa trình nghiên cứu. Vì vậy em rất

mong được sự giúp đỡ của các thầy cô trong bộ môn Công Nghệ Hữu cơ -Hóa

dầu trường đại học Bách khoa Hà Nội, đặc biệt là sự giúp đỡ của thầy Đào Văn

NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K441


Tường cùng toàn thể các bạn nhằm tạo điều kiện cho bản đồ án tốt nghiệp được

hoàn thiện hơn.

PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ PHENOLPhenol hay còn gọi là hydroxyl benzen, C6H5OH, là một dẫn xuất hydroxyl

của cacbon thơm, được tìm ra đầu tiên vào năm 1834 do nhà hoá học F.Runge,

nó là chất cơ sở của dãy các đồng đẳng của các chất với nhóm hydroxyl liên kết

với vòng thơm. Phenol mà chúng ta thu được là một chất linh động, chúng ta

cũng có thể thu được phenol là các sản phẩm trong tự nhiên và các thực thể sinh

vật. Ví dụ như nó là thành phần của lignhin. Do vậy mà nó có thể tạo ra bằng quá

trình thuỷ phân. Sản phẩm của quá trình trao đổi chất là từ 40mg/l. Các hợp chất

cao hơn nữa tạo thành trong quá trình chưng than hoặc trong qúa trình cacbon

hóa gỗ ở nhiệt độ thấp, than nâu, hoặc than cứng và trong quá trình chưng cất

dầu mỏ. Đầu tiên phenol được tách ra bằng qúa trình tách từ nhựa than đá và sau

đó người ta không dùng phương pháp này khi nó mất mát tăng lên trong qúa

trình sản xuất. Ngày nay các phương pháp tổng hợp dễ hơn như theo con đường

axít benzen và clobenzen, Các quá trình tiên tiến hơn để sản xuất phenol đó là

quá trình Hook. Nó bắt đầu từ Cumen.

Phenol thu được có vai trò đáng kể trong công nghiệp hoá học, nó chính là

vật liệu ban đầu để tổng hợp nhiều hợp chất trung gian và các sản phẩm cuối

cùng. Nó được sử dụng trong cả công nghiệp tổng hợp hóa chất và công nghiệp

tổng hợp hữu cơ. Do đó sản lượng phenol ngày càng tăng ở các nước và trên thế

giới. Chúng ta có thể tham khảo bảng số liệu sau đây.

Sản lượng phenol sản xuất trên thế giới theo các phương pháp sản xuất khấc

nhau được trình bày ở bảng 1.



Các mục đích sử dụng phenol trong công nghiệp được đưa ra ở bảng 2.

Mục đích sử dụng Tây Âu Mĩ Thế Giới Nhật1973 1984 1974 1973 1989

Nhựa phenol 37 33 48 60 41

Caprolactam 22 25 15 21Axit adipic 12 3Bisphennol A 11 22 13 18 16Anilin 2 9 3Các sản phẩm khác 18 18 21 14 20Lượng tiêu thụ 0.954 1.04 0.211 4.45

Trong công nghiệp chất dẻo phenol là nguyên liệu để điều chế nhựa phenol

formandehit, bis phenol A để sản xuất nhựa policacbonat và nhựa epoxy. Trong

công nghiệp tơ hóa học từ phenol sản xuất capolactam và axit adipic là nguồn

nguyên liệu để tổng hợp sợi poly poliamit, sản xuất sợi tổng hợp capro và nilon.

Trong nông nghiệp từ phenol có thể sản xuất được thuốc diệt cỏ dại và kích thích

sinh trưởng của thực vật. Các dẫn xuất của phenol như fentaclophenol được

dùng trong bản gỗ, chế phẩm của thuốc sát trùng (chống mối và chống mọt). Các

sản phẩm nitro hóa được dùng làm thuốc nổ (axit picric).

Phenol còn được ứng dụng để sản xuất dược liệu trên cơ sở sản xuất axit

salisilic, aspirin.


Phương pháp Tây Âu Mĩ Nhật Châu Á Thế

giớiNăm 1973 1978 1989 1974 1989 1977 1985 1989 1989Năng suất 1.14 1.48 1.45 1.25 1.9 0.28 0.4 0.6 5PP Cumen(%) 87 88 93 87 98 100 99 96PP Toluen(%) 8 10 7 2 2 3Những pp khác

(%)

2 9 2

Từ nhựa than đá 3 2 2

3


Ngoài ra phenol còn dùng làm dung môi để làm sạch các sản phẩm dầu,

làm sạch dầu nhờn khỏi các hợp chất dị vòng, làm sạch axit sufuric trong qúa

trình sản xuất nhựa lactam, acrilic.

Do các ứng dụng đa dạng của phenol rất đa dạng trong công nghiệp vì thế

việc nghiên cứu qúa trình sản xuất phenol là hết sức cần thiết.

Chương I:

CÁC TÍNH CHẤT VẬT LÝ VÀ HOÁ HỌC CỦA

PHENOL

I. Tính chất vật lý của phenol

Phenol là một hợp chất hữu cơ mà có một nhóm - OH liên kết trực tiếp với

nguyên tử các bon của vòng bezen.



Phenol là một chất rắn, có cấu trúc là các tinh thể hình lăng trụ, không có

màu và có đặc tính là có mùi hơi hăng cay, phênol có điểm nóng chảy là 40,90C.

Ở trạng thái hoà tan, nó là chất lỏng linh động, không có màu và không có vẩn

đục. Ở nhiệt độ khoảng 68.40C phenol có thể hòa tan trong nước trong một giới

hạn nhất định và tại nhiệt độ đó nó có thể hoà tan lớn nhất. Khi để lâu phenol

ngoài không khí, phenol bị oxy hóa một phần nên có màu hồng và bị chảy rữa do

hấp thụ hơi nước. Điểm kết tinh và điểm nóng chảy của phenol thấp hơn rất

nhiều so với nước. Phenol có nhiệt độ sôi là 1820C. Phenol hoà tan trong hầu hết

các dung môi hữu cơ như là các hợp chất thơm, rượu, xetol, axit, ete nhưng lại ít

tan trong các chất béo. Nói chung phenol là một chất độc gây bỏng nặng khi rơi

vào da.

Hỗn hợp của phenol và khoảng 10% khối lượng của nước được gọi là dung

dịch phenol, bởi vì nó tồn tại ở trạng thái lỏng tại nhiệt độ phòng. Có thể nói

rằng phenol là dung dịch thực nhất trong các dung dịch hữu cơ (các hydrocacbon

thơm, rượu, xêton, ête, axit, các hợp chất halogenhydrocacbon..). Phenol tạo

thành hỗn hợp đồng nhất với nước và các chất khác, chúng ta có thể tham khảo

bảng số liệu sau đây.

Bảng 1. Các hỗn hợp đồng nhất tạo thành do phenol.

Cấu tử thứ hai Áp suất, kPa Điểm sôi, 0C Thành phần của

phenol, %Nước 101.3

78.8

39.2

16.9

94.5

90.0

75.0

56.3

9.21

8.29

7.2

5.5Isopropynbenzen 101.3 149 2n-Propynbenzen 101.3 158.5 14α- Metylstrylen 101.3 162 7



Các thông số vật lý và hoá học của phenol.

Khối lượng phân tử 94.11

Nhiệt độ sôi 181.75oC

Nhiệt độ nóng chảy 40.9 oC

Tỷ trọng tương đối 0oC 1.092

20oC 1.071

50oC 1.050

Tỷ trọng hơi (không khí =1) 3.24

Độ nhớt tương đối (động)

20oC 11.41 mPa.s

50oC 3.421 mPa.s

100oC 1.5 mPa.s

150oC 0.67 mPa.s

Nhiệt hoá hơi (182oC) 514 kj/kg

Hằng số phân ly trong nước (20oC ) 1.2810-10

Nhiệt tạo thành (20oC) 160 kj/kg

Nhiệt cháy -32.590 kj/kg

Nhiệt dung riêng 0oC 1.256 kjkg-1k-1

20oC 1.394 kjkg-1k-1

50oC 2.244 kjkg-1k-1

100oC 2.382 kjkg-1k-1

Nhiệt dung riêng (trạng thái hơi)

27oC 1.105 kjkg-1k-1

527oC 2.26 kjkg-1k-1

Điểm chớp cháy

(DIN 51758) 81oC

Giới hạn thấp nhất cháy nổ trong không khí ở



101.3kPa 1.3%V(50g/cm3)

Nồng độ bão hoà trong không khí (20oC) 0.77 g/cm3

Nhiệt độ bốc cháy (DIN 51794) 5950C

Nhiệt độ tự bốc cháy 7150C

Điểm chớp cháy của hỗn hợp với nước

1-4% nước khoảng > 820C

>4.5% nước > 1000C

Điện trở suất ( 450C ) >1.8107 ς.m

Hỗn hợp với 5% nước 4.9 106 ς.m

Áp suất hơi bão hòa 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 . Các tính chất hoá học của phenol.

Trong phân tử phenol có oxy sự liên hợp (p-π) của electron tự do của

nguyên tử oxy với các electron π của vòng bezen khiến cho liên kết -O-H phân



cực hơn so với OH trong Alcol, đây là nguyên nhân gây ra tính axit của phenol.

Do có hiệu ứng liên hợp mà mật độ e trong nhân tăng lên làm cho phenol có

phản ứng thế electronphin cao hơn benzen. Phenol có hai trung tâm phản ứng:

nhóm hydroxyl và nhân thơm.

1). Tính axit

Phenol không những tác dụng được với kiềm mà còn tác dụng được cả với

dung dịch kiềm.

C6H5OH + NaOH → C6H5ONa + H2O

Phenol có tính axit mạnh hơn cả nước (Ka =10-10) nhưnh yếu hơn axit

cacbonic ( Ka=10-5). Vì thế khi cho phenol tác dụng với axit vô cơ thì phenol bị

giải phóng khỏi muối của nó

C6H5O- + H2CO3 → C6H5OH + HCO3-

2). Tạo thành ete.

Phenol biến thành ete khi tương tác với alkyl halogennua trong dung dịch

kiềm.

ArOH → ArO- → ArOR + X-

3). Phản ứng nitro hóa .

Phenol tác dụng với axit nitric đậm đặc biến thành 2,4,6 trinitro phenol (axit

adipic) là nguyên liệu tạo cho thuốc nổ.

OH OH O2N NO2

+ HNO3 →

NO2

4). Phản ứng kolbe.

Khi đun natri phenolate trong dòng CO2 tạo thành natri salisilat



OH OH C=O + CO2 →

ONa5). Phản ứng tạo alcol.

Phenol phản ứng với formandehyt dùng xúc tác axit hay kiềm tạo thành

monome để tổng hợp nhựa phenol formaldehyt.

OH H2SO4 OH t0

+ HCHO → CH2OH → Polime NaOH

Phenol tương tự như là các enol của xyclohexadiennol, vì vậy hỗ biến xeton

và enol nằm cân bằng để tạo ra xetol trong trong khối xêtol béo, về phenol nó

được chuyển nhiều nhất từ dạng enol.

Nguyên nhân của sự tạo thành trạng thái ổn định là quá trình hình thành hệ

thống vòng thơm. Sự ổn định là rất lớn bởi vì sự đóng góp của o- và p- quinol

trong cấu trúc. Trong quá trình hình thành anion phenolate, sự đóng góp của cấu

trúc quinol có thể hình thành các điện tích dương.

Có sự khác biệt giữa rượu no và phenol. Do vậy phenol tạo thành muối với

dung dịch kali hydroxyt. Ở nhiệt độ phòng phenol có thể tạo ra từ muối với

CO2. Tại nhiệt độ phòng, gần với nhiệt độ sôi củaphenol, phenol có thể chuyển

các axit cacboxyl.axit axeton thành các muối của chúng và phenolate cũng được

tạo thành. Quá trình đóng góp của o- và p- quinol là nguyên nhân gây ra thay đổi

cấu trấu cho phép sự thay thế các electrolphil trong qúa trình phản ứng như là

qúa trình clo hóa, sunfua hóa,

Nitrat hóa, nitro hóa. Qúa trình đưa vào hai hoặc ba nhóm nitro trong vòng

benzen có thể không thu được thu được, bởi vì đặc điểm của phenol theo hướng

oxy hóa. Ví dụ như là theo sau quá trình nitro của clo benzen là quá trình thay

thế chính clo bằng nhóm hydroxyl hoặc quá trìnhnitrat axit disunfophenol. Qúa



trình nitro hóa ở vị trí para có thể tạo ra ở nhiệt độ đóng băng. Phenol rất dễ dàng

phản ứng với hợp chất cacboxyl với sự có mặt của các xúc tác axit hoặc các xúc

tác gốc. Focmal andehit phản ứng với phenol cho ta rượu hydroxylbezyl và tạo

ra nhựa trong quá trình phản ứng. Quá trình phản ứng giửa axetol và phenol cho

ta sản phẩm kép A.

Trong quá trình phản ứng với sự có mặt của xúc tác axit, xúc tác này làm

tinh khiết phenol trong quá trình tổng hợp phenol. Các olefil tinh khiết hoặc các

hợp chất cacboxyl, oxit, có thể bị polyme hóa để tạo ra hợp chất có khối lượng

phân tử lớn hơn. Sự dụng xúc tác H2SO4 hoặc sự thay đổi điện tích ion của các

axit. Vì lý do đó có thể tách phenol một cách dễ dàng bằng con đường chưng

luyện.

Phenol rất dễ kết đôi với muối diazo tạo ra hợp chất có màu. Hợp chất được

dùng làm độ nhạy cho quá trình trắc quang của phenol là khối diazo 4-

nitroanilin. Axit Salixilic (axit 2 hydroxyl benzoic), có thể được sản xuất qua

trình phản ứng Kolbe Schemist từ natri phenolate và cacbodioxit, bởi vì kali

phenolate tạo ra hợp chất para. Quá trình akyl hóa và quá trình alxyl hoá của

phenol có thể tạo ra với xúc tác AlCl3.

Ete Diaryl có thể trong điều kiện khắc nghiệt.

200oC/Cu C6H5-ONa + Br- C6H5 C6H5 –O- C6H5 +NaBr Với các tác nhân oxyhoa phenol dễ tạo thành gốc tự do. Nó có thể dime hoá

để tạo thành diphenol hoặc có thể oxyhoa sâu sắc tạo thành đihdoxybenzen và

quinol.Vì gốc phenol tương đối bền vững nên phenol là gốc thích hợp và nó

được sử dụng làm chất ức chế quá trình oxyhoa. Với với một lượng nhỏ phenol

thì các tính chất trên có thể gây khó khăn cho quá trình tự oxyhóa Cumen.



Chương II:

CÁC QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT PHENOL

Một lượng nhỏ phenol (axit kỹ thuật ) được tách riêng từ nhựa và nhà máy

sản xuất khí hóa than trong pha hơi có dùng nguyên liệu than biến tính cao khi

luyện cốc (than antraxit ) và một số quá trình các bon hóa ở nhiệt độ thấp của



than nâu cũng như là sản phẩm của phân xưởng cracking. Bằng các quá trình lớn

hơn ta có thể thu được bằng cách oxyhoa benzen hoặc toluen.

Các phương pháp sản xuất phenol trong công nghiệp như sau:

1. Qúa trình sunfua hoá benzen và quá trình sản xuất phenol bằng nhiệt

nhân benzensunfua trong môi trường kalihydroxyt nóng chảy.

2. Qúa trình clo hoá benzen và thuỷ phân clo benzen bằng kali hydroxyt

nóng chảy.

3. Qúa trình clo hoá benzen và quá trình thuỷ phân trong hơi nước của clo-

bezen (Qúa trình Raschig, Raschig - Hooker, Gulf oxyclorit).

4. Qúa trình Alkyl hóa với propen tạo ra iso-propylben (Cumen). Qúa trình

oxy hoá cumen tạo ra terta hydroperoxit phù hợp và được chia ra thành phenol

và axetol (quá trình HooK).

5. Qúa trình oxy hóa axit Toluen tạo benzoic và tiếp tục oxy hóa decácbon

tạo thành phenol.

6. Đehydrogen hỗn hợp cyclohexalnol-cyclohexaxnol. Tên của qúa trình chỉ

là HooK (qúa trình oxyhoá cumen). Có thể nói qúa trình oxy hóa cumen rất quan

trọng trong công nghiệp. Còn các quá trình khác được được đưa vào với lí do

kinh tế. Trong qúa trình HooK, axetol được tạo thành như là một sản phẩm phụ.

Tuy nhiên axetol không gây trở ngại cho sự phát triển của qúa trình này, bởi vì

axetol có giá trị kinh tế rất cao trên thị trường. Hiện nay các nhà máy mới được

xây dựng đều dựa trên qúa trình oxyhóa cumen.

I. Qúa trình oxyhóa cumen (Qúa trình HooK).

Qúa trình Cumen-phenol là cơ sở để tạo ra hydroperoxyt cumen. Qúa trình

này có thể tách được phenol và axetol, đã được công bố vào năm 1994 bởi nhà

hóa học H.HooK và S.Lang. Sau thế chiến thứ hai qúa trình này được ứng dụng

với quy mô nhỏ. Nhà máy đầu tiên được xây dựng và đi vào hoạt động năm



1952 mang tên Dio Shawwgon tại Canada và đã cho sản lượng khoảng 8000 tấn

phênol trong một năm.

Ngày nay phenol được sản xuất cũng chính là nhờ vào quá trình này. Trong

các nhà máy ở Mĩ, Canada, Italia, Nhật, Tây Ban Nha, Ấn Độ, Mexico, Braxin,

Đông Âu, và nước Đức với sản lượng đạt trên năm triệu tấn mỗi năm. Có các

phụ gia làm nguồn nguyên liệu rất tốt cho các qúa trình khác và có giá trị kinh tế

to lớn. Vấn đề ăn mòn không xảy ra, và tất cả các giai đoạn phản ứng đều làm

việc trong điều kiện bình thường với hiệu suất cao. Điều này quyết định sự phát

triển nhanh của qúa trình này.

1.Cơ sở lí thuyết của qúa trình

Có hai giai đoạn phản ứng tạo thành trong qúa trình sản xuất phenol từ

Cumen.

1.trình oxyhóa Cumen với oxy tạo ra Cumen hydroperoxit.

CH3 CH3

HC CH3 H3C C OOH

+ O2 →

2. Qúa trình tách Cumen hydroperoxit với sự có mặt của một số axit trung bình

tạo ra phenol và axetol.

Tốc độ oxy hóa cumen bằng không khí khi không có xúc tác hay chất khởi

đầu thì rất nhỏ, vì vậy quá trình tiến hành trong nhũ tương nước kiềm (pha phân

tán là cumen) với một lượng nhỏ hydroperoxit cumen sẽ giúp tăng tốc độ của

giai đoạn khởi đầu phản ứng. Mức độ biến đổi của của cumen đạt đến 30% vì

vậy khi tiếp tục tăng nồng độ oxy hóa trong điều kiện của qúa trình se xảy ra sự

phân huỷ peroxit và tạo thành những hợp chất phụ khác.

CH3 H3C C OOH OH + H3C – CO –CH3



Sau khi oxy hóa hỗn hợp phản ứng , để tách lắng lớp hydrocacbon rồi đem

đi phân huỷ trong môi trường axit, còn nước kiềm đem quay về phản ứng oxy

hóa để phân hủy hydroperoxit người ta cho axit H2SO4 loãng vàđược làm xúc tác

cho qúa trình. Dưới áp suất đó không nhất thiết tách hydroperoxit ra khổi cumen

có lẫn trong hỗn hợp .

Qúa trình phân huỷ hydroperoxit thành phenol và axeton là phản ứng toả

nhiệt (255kj/ mol), khi thêm H2SO4 đậm đặc ngay cả một lượng không đáng kể

thì sự thuỷ phân xảy ra điều hoà.

Đồng thời cùng với sự phân hủy hydroperoxit thành phenol và axetol qúa trình

còn tạo thành các sản phẩm phụ là axetolphenone và metanol (đặc biệt ở nhiệt

độ cao).

CH3 OH

H3C C OOH H3C C O

→ + CH3OH

Ngoài ra phân hủy hydroperoxit đôi khi cũng xảy ra sự tách oxy và tạo

thành rượu bậc ba là dimetylphenyl metanol.

CH3 CH3

H3C C OOH → H3C C OH +1/2O2

Khi có mặt H2SO4 dimetylphenyl metanol dễ dàng tách nước và biến thành

α-metylstyren (có nhiệt độ sôi là 165.50C).

CH3 CH3

H3C C OH C CH2

→ + H2O



Các phản ứng biến đổi sẽ tạo nhiều sản phẩm khác không chỉ giới hạn ở

các phương trình trên. Hỗn hợp đem đi tinh luyện để tách axetol, cumen, α-

etylstyren, phenol và cặn bao gồm phenol, axetolphenon và các sản phẩm ngưng

tụ có nhiệt độ sôi cao.

Cumen dư quay lại oxy hóa không được có α- metylstyren bởi vì hợp chất

không no này kìm hãm phản ứng tạo thành hydroperoxyt. Nhưng việc tách α-

metylstyren phức tạp do đó người ta thích biến đổi nó thành Cumen bằng cách

Hydro hóa có xúc tác.

CH3 CH3

C CH2 H3C C H + H2 →

Phản ứng trên tiến hàmh trong pha lỏng với xúc tác là Ni, nhiệt độ là 1000C

và áp suât không lớn.

2. Mô tả qúa trình.

Qúa trình oxyhóa Cumen với sự có mặt của không khí hoặc không khí giàu

oxy. Qúa trình này được xảy ra trong cấc thiết bị bằng thép hoặc hợp kim. Qúa

trình thực hiện trong ba tháp, nó có thể cao hơn 20m, người ta thường sử dụng

các tháp phun được kết nối với nhau để thuy được thời gian lưu phân bố tối ưu.

Dãy tháp được dùng phổ biến trong công nghiệp gồm có từ hai đến bốn cái tháp

phản ứng. Qúa trình phản ứng được thực hiện ở nhiệt độ khoảng 90oC đến 120oC

và ở áp suất khoảng 0.5 đến 0.7Mpa. Khí thải từ thiết bị phản ứng được làm lạnh

từ hai bồn ngưng tụ các chất hữu cơ tinh khiết. Nước được sử dụng để làm mát

ở giai đoạn đầu tiên của qúa trình và làm lạnh ở giai đoạn kế tiếp.

Qúa trình oxy hóa Cumen là qúa trình xúc tác lưu chuyển tự động, tốc độ

của phản ứng tăng với sự tăng của nồng độ hydrroperoxit. Các tháp thấp có thể



được dụng nhanh xúc tác như là Kimla pheta cyanua. Các hợp chất tạo thành

song song với sự phân huỷ của hydroperoxit. Tuy nhiên chúng không được sử

dụng trong công nghiệp.

Qúa trình phản ứng là toả nhiệt khoảng 800kj/kg Cumen hydroperoxit.

Nhiệt của phản ứng được lấy ra nhờ qúa trình làm mát. Sản phẩm phụ chính của

qúa trình. Các sản phẩm được tạo thành do sự phân huỷ nhiệt hydroperoxit

Cumen. Nó xảy ra trong khoảng nhiệt độ lớn hơn 130oC. Các hợp chất lưu huỳnh

như là sufua, di sunfua, thiol, sunfuaoxit thiophel và phenol gây ức chế qúa trình

tự oxy hóa và nó bắt buộc phải chuyển khỏi Cumen.

Hàm lượng oxy trong khí thải từ các thiết bị phản ứng là khoảng 1 đến 6 %

thể tích. Nồng độ oxy tới hạn trong trong qúa trình cháy của hỗn hợp cumen-

nitro- oxy là vào khoảng 8.5% thể tích với áp suất phản ứng khoảng 0.5 đến 0.6

MPa. Hơi nước trong pha khí dẫn đến hệ thống nhẹ hơn khí trơ. Nồng độ oxy tới

hạn vào khoảng 1% thể tích, nồng độ này cao hơn nồng độ trong tháp. Giới hạn

nổ của hỗn hợp không khí và hơi Cumen là khoảng 0.8 đến 8.8% thể tích Cumen

ở áp suất thường. Ơ áp suất 0.5 Mpa trên giới hạn nổ 10.3% thể tích Cumen. Hỗn

hợp qúa trình oxy hóa chứa khoảng 20 đến 30% hydroperoxit Cumen. Nếu qúa

trình phản ứng xảy ra trong hệ thống alkali-stabol, hỗn hợp oxy hoá được rửa

sạch bằng nước và các muối vô cơ trước qúa trình phản ứng. Phenol được chưng

luyện trong khoảng trống từ hỗn hợp qúa trình oxy hóa ta thu được nồng độ

hydroperoxit khoảng 65 đến 90% trước khi tách ra.

* Qúa trình tách:

Qúa trình tách axit xúc tác cho ta hydroperoxit Cumen tạo ra phenol và

axetol tiếp theo sau thiết bị trao đổi ion. Axit sunfuric được sử dụng làm xúc tác

tốt nhất trong công nghiệp. Các axit khác như là axit percloric, photphoric, p-

toluen sunforic, sunfua dioxit, nhờ qúa trình trao đổi ion nên được sử dụng rất có

hiệu qủa.



Qúa trình tách axit xúc tác theo hai cách khác nhau. Trong pha đồng thể,

phần dư của axetol được thay đổi để tách trong các phản ứng và chỉ cần 0.1 đến

2% axit sunfuric là đủ cho qúa trình tách.

Nhiệt độ trong qúa trình phản ứng là nhiệt độ sôi của hỗn hợp Axetol và

Cmen hydroperoxit. Nó được xác định bằng hàm lượng axetol. Nhiệt tạo ra từ

qúa trình phản ứng tỏa nhiệt mạnh của thiết bị vào khoảng 1680 kj mỗi kg

hydroperoxit - cumen thu được bằng qúa trình bay hơi axetol từ hệ thống của qúa

trình phản ứng.

Trong pha dị thể của qúa trình phản ứng hydroperoxit - cumen được tách

tới 40- 45% axit sunfuric, với tỷ số nồng độ 1:5. Qúa trình trộn lẫn được thực

hiện bằng bơm li tâm, qúa trình phản ứng thực sự xảy ra trong qúa trình làm mát

tiếp theo tổng đó dải nhiệt độ ổn định trong khoảng 50- 60oC được duy trì ở

tháp làm lạnh riêng biệt. Giới hạn hình thành sản phẩm phụ là thời gian lưu ngắn

khoảng 45- 60s. Trong hệ thống làm lạnh để tránh hiện tượng ăn mòn, đặc biệt là

NiCl2 người ta sử dụng hợp kim .

Hydroperoxit - cumen được tách ra tới một nồng độ cặn nhỏ hơn 0.1%. Tất

cả rượu ;dimetyl benzyl được tạo thành từ sản phẩm phụ của của qúa trình oxy

hóa như là đehydro tạo ;- metylstrylen. Loại sản phẩm phụ sinh ra dưới qúa trình

tách trong điều kiện có axit là 4 - cumen phenol và oxit mesityl.

* Qúa trình làm việc.

Trước khi qúa trình chưng luyện của hỗn hợp trong qúa trình phản ứng, axit

sunfuric phải được trung hòa hoặc tách dưới dạng cặn nếu không sẽ gây ăn mòn,

Sau đó mới chuyển tới tháp làm việc và tránh hiện tượng ngưng tụ của axits

trong hỗn hợp phản ứng. Sự trung hòa có thể được tạo ra với Natri hydroxyt

hoặc là dung dịch phenolate, pha chứa muối ngậm nước có PH khoảng 5-6, được

chia tách ra hỗn hợp phản ứng. Qúa trình phản ứng sâu sắc hơn là qúa trình phản



ứng axit và qúa trình trích ly của hỗn hợp tách và muối ngậm nước đối với các

muối trung hòa như là natri sufunate hoặc nước.

Trong qúa trình làm việc chưng luyện axetol thô được chưng đầu tiên. Nó

được tinh chế trong kiềm và thiết bị lọc khí, sau đó tiếp tục chưng lại để cho sản

phẩm tinh khiết. Cumen và ;- metyl stylen được chưng luyện lấy từ bồn chứa sản

phẩm của tháp chưng axetol thô, phần còn lại được chưng đẳng phí với nước ;-

metyl stylen có chứa cả cumen. Nó được tuần hoàn lại hoặc chưng phân đoạn để

thu được độ tinh khiết cao và tăng chất lượng của sản phẩm.

Phenol thô được chưng luyện trong tháp chưng phenol được làm giàu bằng

qúa trình chưng trích ly với nước hoặc qúa trình trao đổi ion. Trong qúa trình

tiếp theo, các cấu tử tinh khiết gặp khó khăn trong qúa trình tách sẽ được tách

bằng qúa trình chưng luyện. Các oxit được ngưng tụ tạo thành các hợp chất có

nhiệt độ sôi cao hơn.

Phenol được tách với độ tinh khiết cao hơn 99,9% bằng qúa trình chưng

tiếp theo. Có sự khác biệt trong qúa trình chưng khác so với qúa trình chưng đã

miêu tả ở trên là sau khi tách axetol thô bằng qúa trình chưng luyện, các hydro

có chứa phenol thô (cả cumen, ;- metyl stylen) và các tạp khác được chưng quá

nhiệt với chất lỏng chưng trích ly, như là glycol, dietylen là sản phẩm tinh chế từ

qúa trình có điểm sôi cao hơn sẽ được chưng bằng qúa trình tiếp theo đó.

II. Qúa trình sản xuất phenol bằng phương pháp oxy hóa Toluen.

Qúa trình sản xuất phenol được phát triển đầu tiên bởi Daw (nhà hoá học

người Mĩ ). Nó được duy trì cho đến tận bây giờ, hiện nay có ba nhà máy công

nghiệp tai các nước là Mĩ, Canada, và các vùng khác.

Sau đó kế hoạch sản xuất đầu tiên ở Nether Land thành công do DSM và tạo

ra các tiêu chuẩn trong công nghiệp. Ở Viscosa (Italia) đã dùng qúa trình oxy

hóa toluen chỉ để sản xuất axit benzoic, là qúa trình sản xuất trung gian cho

capolactam.



Qúa trình này trải qua hai giai đoạn.

Trong giai đoạn thứ nhất toluen bị oxy hóa với oxy ở áp suất khí quyển với

sự có mặt của xúc tác trong pha lỏng tạo thành axit benzoic.

CH3 COOH

O2 kk , xt + H2O

Giai đoạn thứ hai là axit benzoic được tách riêng bằng qúa trình decacxyl xúc

tác với sự có mặt của oxy không khí để tạo ra phenol.

COOH OH

O2 kk , xt + CO2

* Cơ chế của phản ứng:

Qúa trình oxy hóa toluen là xảy ra theo cơ chế gốc gồm có các

gốc 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- O→Ar-COOH

Năng lượng hoạt hóa của qúa trình phản ứng oxy hóa toả nhiệt của toluen

tạo thành axit benzoic là 136 kj/mol. Một số lượng lớn các sản phẩm gốc trong

suốt qúa trình phản ứng dẫn tới hình thành một loạt các sản phẩm phụ như là

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

benzoat (1-2%) và metyl diphenyl (0.7-1%), cộng thêm và được đó là các axit

như focmic axetic, và các monoxit cacbon cũng được tạo thành. Qúa trình oxy

hóa xảy ra trong pha lỏng ở nhiệt độ từ 120 oC -1500C và áp suất khoảng 0.5

Mpa với sự có mặt của xúc tác Co, khoảng 30% toluen được chuyển hóa thành

axit benzoic. Độ chọn lọc đạt khoảng 90%.

Qúa trình decacboxyl oxy hóa bezoic được thực hiện theo Cu (II) benzoat. Nó

phản ứng trong pha hơi tạo ra axit benzo Salisilic và sau đó phân huỷ tạo ra axit



Salisilic và axit benzoic hóa decacboxyl tạo ra phenyl benzoat. Phenyl benzoat

thuỷ phân với sự có mặt của nước tạo thành phenol và axit . Trong suốt qúa trình

hình thành axit benolsalisilic, Cu (II) chuyển thành Cu (I), với sự có mặt của

Cu(I) benzol Cu(I) chuyển thành Cu(II), với oxy không khí tốc độ phản ứng rất

cao.

O C

O O C

2 OH + Cu2+ → Cu →

O

C O O C OH O → - CO2 C-O → C = O ( phenyl benzoat )

OH + H2O

O C

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



Qúa trình phản ứng thực hiện ở 220 - 2500C dưới áp suất bình thường, hoặc

là áp suất nhỏ(không quá 0.25Mpa ). Độ chọn lọc vào khoảng 90 %. Sản phẩm

phụ là benzen và các chất có điểm sôi cao. Nó tạo thành cặn sau qúa trình phản

ứng. Qúa trình phản ứng là toả nhiệt, khoảng 1425kj mỗi kg phenol được sản

xuất. Để sản xuất mỗi tấn phenol thì chúng ta cần tới 1.45tấn toluen, 0.3kg Co

và 3kg Đồng.

* Các xúc tác:

Qúa trình oxy hóa Toluen đòi hỏi xúc tác Co phải dễ tan như là Naphten

Coban hoặc bezoat với một lượng từ 100- 300 ppm.

Qúa trình decacboxyl sẽ hoà tan muối Cu(II) cho vào. Trong qúa trình phản

ứng hỗn hợp có mặt khoảng 1-5% Cu. Người ta cải tiến để nâng cao độ chọn lọc

bằng cách cho thêm các muối kim loại, chủ yếu là các muối magie, chúng hoạt

động thúc đẩy qúa trình. Do đó sau khi phát triển hợp chất molydiom III sẽ tạo

ra độ chọn lọc cao hơn muối Cu (II).

Điểm khác biệt của qúa trình mới đó là qúa trình của Lumnus đã được sử

dụng. Xúc tác được dùng là chứa Cu. Qua đó axit bezoic có thể oxy hóa trong

pha hơi. Nó là kết quả của qúa trình phản ứng với tốc độ cao. Độ chuyển hóa

khoảng 50% và hiệu suất đạt khoảng 90%. Có thể đạt được khoảng 1 kg phenol

trên mỗi lít thể tích của qúa trình phản ứng. Điều đó phản ánh rằng cặn chứa

nhựa là không được tạo thành. Tuy nhiên xúc tác phải được tái sinh thường

xuyên hơn nữa để đưa về quá trình đầu.

III. Qúa trình sản xuất bằng phương pháp nung chảy kiềm với axit sunfua hóa benzen.

Qúa trình sunfua hóa benzen đã được phát triển vào năm 1867 do hai nhà

hóa học A . Wurtz và A .Kerkule được miêu tả bằng những qúa trình dưới đây.

1. Qúa trình hình thành axit benzensunfonic bằng phản ứng của benzen với

axit sunfuric đặc.



C6H6 + H2SO4 → C6H5SO3H + H2O

2. Qúa trình phản ứng của axit bezenesunfoic với natrisunfit hoặc natri cacbonat

tạo ra natribenzensulfonat.

2 C6H5 SO3 H + Na2SO3 → 2C6H5SO3 Na + H2O + SO2

3. Qúa trình gia nhiệt benzensulfonat trong natri hydroxit để tạo ra natri

phenolat.

C6H5 SO3 Na + 2 NaOH → C6H5ONa + H2O + Na2SO3

4. Qúa trình phản ứng của natri phenolat với sulfuadioxit hoặc CO2 tạo ra

phenol dạng tự do.

2C6H5O Na + H2O + SO2 → 2 C6H5 O H + Na2SO3

Ngoài các sản phẩm trên còn xảy ra các phản ứng phụ:

- Tạo thành diphenyl xylphen.

2 C6H5 SO3 H + C6H6 → 2 C6H5 SO2C6H5 + H2O

- Tạo thành disunfua axit benzen.

2 C6H5 SO3 H + H2SO4 → C6H4 (SO3H)2 + H2O

- Oxi hóa hoàn toàn benzen:

C6H6 + 15SO3 → 6 CO2 + 3H2O +15SO2

Qúa trình này đã được sử dụng đầu tiên để tổng hợp ra phenol trong công

nghiệp. Qúa trình này tiếp tục được cải tiến để đáp ứng yêu cầu chất lượng thấp

hơn của nguyên liệu và định lượng các sản phẩm phụ. Dioxitsulfua hoặc cacbon

oxit được giải phóng trong qúa trình phản ứng giữa axit bezenesunfoic với

natrisunfit hoặc natri cacbonate được sử dụng cho giai đoạn cuối để tạo ra

phenol. Qúa trình phản ứng giữa benzensulfonat với natri hydroxit xảy ra ở

khoảng nhiệt độ 320- 340 0C. Mặt dầu qúa trình phản ứng có thể được tiếp tục

phát triển bằng các qúa trình tiếp theo. Giá trị của các qúa trình này khi so sánh



với qúa trình cumen thì nó cao hơn, với hiệu suất đạt khoảng trên 90 % đối với

cumen. Các qúa trình đó đỏi hỏi năng lượng cao và gây ô nhiễm môi trường.

IV. Qúa trình sản xuất phenol bằng phương pháp clo hóa benzen.

Clobenzen là một chất dễ tạo thành phenol khi thuỷ phân. Do đó các qúa

trình sản xuất phenol trên cơ sở hợp chất này đã được phát triển từ lâu và đang

được tiến hành rộng dãi. Mặc dù nó có nhiều thuận lợi là không hình thành

axetol trong qúa trình sản xuất phenol từ cumen nhưng do vấn đề kinh tế nên

không được áp dụng vào sản xuất.

1. Qúa trình thuỷ phân clobenzen bằng kiềm.

Phương pháp này được dùng trong công nghiệp từ năm 1928 ở Mĩ khi

không có những nhóm thế khác, nguyên tử clo liên kết trực tiếp với nhân thơm

nên rất bền vì vậy phản ứng thuỷ phân clobenzen cần phải tiến hành trong điều

kiện hết sức khắt khe. Clobenzen bị thuỷ phân bằng dung dịch 10-12% NaOH.

Cơ chế của qúa trình phản ứng.

C6 H5Cl + 2 NaOH → C6H5ONa + NaCl + H2O

Phenonlate ngưng tụ với clobenzen tạo sản phẩm phụ là ete difenyl và một lượng

không lớn phenolara ocxydifenyl.

C6 H5ONa + C6H5 Cl → C6H5O C6H5 + NaCl

C6H5Cl + C6H5ONa + NaOH → C6H5 C6H4ONa +NaCl +H2O

Ete difenyl lại bị thuỷ phân

C6H5O C6H5 + H2O → 2C6H5OH

Kết quả nhận được là một hỗn hợp cân bằng phenolate và ete difenyl. Hàm

lượng ete difenyl trong hỗn hợp ứng với hiệu suất của nó là 10% so với clo

benzen ban đầu.



Sản phẩm lỏng của phản ứng lấy ra từ nồi phản ứng ống xoắn sau khi hạ

thấp áp suất đưa vào thiết bị lắng. Phần trên là ete difenyl thô đem đi tinh luyện,

phần dưới là phenolate đem chế biến với axit HCl và H2SO4 hoặc CO2.

C6H5ONa + HCl → C6H5OH + NaOH

C6H5ONa + CO2 + H2O → 2 C6H5OH + Na2CO3

Sau khi lắng phenol thô đem đi tinh luyện.

Sản xuất phenol bằng phương pháp thuỷ phân kiềm clo benzen có thể kết hợp

được với qúa trình điện phân muối ăn và clo hóa benzen. Muối ăn dùng trong

qúa trình chỉ là phụ. Dung dịch muối ăn thu được sau khi phân hủy phenolate

đem đi điện phân còn kiềm do điện phân có chứa NaOH và muối ăn không phân

hủy dùng để thủy phân clobenzen.

2. Qúa trình sản xuất phenol bằng oxy Clorua hóa Gulf.

Gulf đã nghiên cứu và phát triển qúa trình oxy Clorua hóa. Tuy nhiên qúa

trình này chưa bao giờ được sử dụng trong một nhà máy công nghiệp. Trong qúa

trình oxyClorua hóa benzen, phản ứng được thực hiện trong pha lỏng ở 50

-1700C dưới áp suất cân bằng với một lượng xúc tác axit nitric.

Trong qúa trình Gulf, qúa trình thuỷ phân xảy ra trên xúc tác chứa Cu-Lantan

phốt phát. Do HCl có tính ăn mòn cao nên vật liệu đòi hỏi phải có cấu trúc đặc

biệt như là qúa trình Raschig. Vấn đề môi trường cùng phải coi trọng lên hàng

đầu.

V. Qúa trình dehydro hóa dẫn xuất Clohexanol- Cyclohexanol.

Phenol có thể thu được từ qúa trình đehydro hóa hỗn hợp Clohexanol-

Cyclohexanol.

OH O



+ O2 → +

OH O OH

n + m → (n+m) + (3n+2m)H2

Qúa trình này được phát triển do Scientific Design, có sử dụng xúc tác rắn

đứng yên và chứa khoảng 3% Pt trên cacbon hoạt tính ở nhiệt độ t=250-425oC.

Xúc tác của qúa trình đehdro hóa khác sử dụng Co và Ni.

Chúng ta sử dụng hỗn hợp Clohexanol- Cyclohexanol với tỷ lệ là 10:1, cần

phải sử dụng 1.805 tấn hỗn hợp trên để sản xuất được một tấn phenol ( hiệu suất

đạt khoảng 97.8 % trong giai đoạn đehydro hóa. Phenol tạo thành hỗn hợp đồng

đẳng với Clohexanol- Cyclohexanol. Vì vậy chúng ta cần sử dụng qúa trình

chưng trích ly để tách chúng ra.

Qúa trình này không có hiệu quả kinh tế nếu phenol được sản xuất như là

sản phẩm duy nhất bắt đầu từ nguyên liệu là Cyclohexal. Một số nhà máy nhỏ đã

được xây dựng ở Autralia bắt đầu từ những năm 1965. Các nhà máy này đã được

tháo bỏ sau đó do lí do kinh tế mà thay vào đó là qúa trình sản xuất phenol bằng

phương pháp Cumen. Các giai đoạn của qúa trình sản xuất phenol rất có thuận

lợi nếu chúng ta kết hợp với các nhà máy lớn sử dụng qúa trình oxy hóa

Clohexan. Cấu trúc của qúa trình này giống như qúa trình sản xuất Caplactam.

VI. Qúa trình Axetol hóa.

Qúa trình này được phát triển bởi Hoechst, bezen được sử dụng làm nguyên

liệu ban đầu. Trong qúa trình này benzen bị oxy hóa với sự có mặt axít axetic

(qúa trình axetol hóa ) với xúc tác Palladium. Axetylbenzen hay phenyl axetat

thu được bằng qúa trình thuỷ phân sẽ tạo ra phenol và axit axetic. Qúa trình này

chưa được sử dụng để sản xuất trong công nghiệp.

Nhận xét:NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K4425


Trong các phương pháp sản xuất phenol đã nêu trên thì hiện nay người ta đã

sử dụng các phương pháp chính sau đây:

- Qúa trình sản xuất phenol bằng phương pháp oxyhóa cumen (Qúa trình

HooK).

- Qúa trình sản xuất phenol bằng phương pháp oxy hóa toluen.

- Qúa trình sản xuất phenol bằng phương pháp đehyro hỗn hợp Clohexanol-

Cyclohexanol.

- Qúa trình sản xuất phenol bằng phương pháp clo hóa benzen.

- Qúa trình sản xuất phenol bằng phương pháp nung chảy kiềm với axit

sunfobenzen.

Vì nhiều nguyên nhân khác nhau trong đó chủ yếu là lí do kinh tế nên hiện nay

người ta chủ yếu dùng phương pháp oxy hóa cumen và phương pháp oxy hóa

toluen và một số phương pháp khác như phương pháp nóng chảy kiềm.

VII. Lý Do lựa chọn phương pháp sản xuất phenol theo phương

pháp kiềm nóng chảy.

Nguyên chính để sản xuất phenol bằng con đường kiềm hóa là sử dụng

nguyên liệu hydrocacbon thơm, mà nguồn nguyên liệu này chính là sản phẩm

của qúa trình chưng cất dầu thô, qúa trình khí hoá than, khí hóa nhiên liệu lỏng.

Có thể nói nguồn nguyên liệu này có trữ lượng rất lớn, vì vậy vấn đề sử dụng nó

làm nguyên liệu để tổng hợp các hợp chất hữu cơ khác sao cho có hiệu qủa là

điều hết sức quan trọng. Qúa trình tổng hợp phenol lấy nguồn nguyên liệu là

benzen cũng không nằm ngoài mục đích đó. Do nguồn nguyên liệu dồi dào nên

làm cho giá thành sản phẩm hạ hơn các phương pháp khác. Hơn nữa công nghệ

của phương pháp đã được phát triển từ lâu, dây truyền sản xuất đơn giản hơn so

với các phương pháp khác. Kinh nghiệm sản xuất đã có do đó chi phí đầu tư và

sản xuất là thấp hơn so với các phương pháp khác.



Ngoài ra tổng phenol bằng con đường kiềm hóa sử dụng nguồn nguyên liêu

là axit sunphuric và NaOH là hai hợp chất có giá thành rẻ, lại dồi dào sản lượng.

Hơn nữa khi sản xuất bằng phương pháp này chúng ta có thể dùng sản phẩm

Na2SO3 sinh ra trong qúa trình sản xuất để làm nguyên liệu tổng hợp phenol, do

đó giá thành sản xuất phenol sẽ giảm đi so với các phương pháp khác.

PHẦN II

QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT PHENOL BẰNG PHƯƠNG PHÁP

NÓNG CHẢY KIỀM.

I. Khái niệm chung về qúa trình sunpho hóa.

Sunpho hóa là qúa trình thay thế một hay nhiều nguyên tử hydro trong nhân

thơm bằng nhóm suphonic - SO3H. Sản phẩm gọi là axit sunphomic hay

sunphoaxit.

Trong kỹ thuật tổng hợp các chất hữu cơ trung gian, sunpho hóa có ý nghĩa

hàng đầu và được ứng dụng rộng rãi. Một trong những ứng dụng quan trọng nhất

đó là để sản xuất phenol.

Tác nhân thường dùng hơn cả là axit sunphuric với những nồng độ khác

nhau. Trong kỹ thuật thường dùng loại axit nồng độ 92-93% và monohydrat (axit

sunphoric nồng độ 98-100%), Oleum loại 25 và 65% (không đóng rắn ở nhiệt độ

thường). Ngoài ra còn dùng một số tác nhân sunpho hóa khác như axit

closunphuric.

Khi dùng tác nhân axit sunphuric (H2SO4), có thể biểu diễn phản ứng

sunpho hóa bằng phương trình như sau.

ArH + HOSO3H ArSO3H + H2



Sunpho hóa là qúa trình thuận nghịch, nước tạo thành trong qúa trình phản

ứng vừa pha loãng tác nhân, và phân huỷ sunphoaxit tạo thành (phản ứng

desunpho hóa). Nếu dùng oleum với hàm lượng SO3 sao cho khi bị nước phản

ứng pha loãng, nồng độ tác nhân không thấp hơn 100%, có thể khắc phục được

bằng phản ứng thuỷ phân đó.

1. Những điều kiện ảnh hưởng đến qúa trình sunpho hóa.

Nồng độ tác nhân là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng tới qúa trình phản

ứng sunpho hóa . Tốc độ phản ứng sunpho hóa phụ thuộc vào nồng độ tác nhân

sunpho hóa ( H2SO4). Khi nồng độ tác nhân thay đổi, tốc độ phản ứng thay đổi

với mức độ lớn hơn rất nhiều so với mức độ tính toán dựa theo phương trình

động học bình thường.

V = K.(ArH). (H2SO4)

Ví dụ sunpho hóa 1,6 naptalin di sunphoaxit, nồng độ axít chỉ tăng 9 % mà

tốc độ phản ứng tăng 39 lần.

Lượng nước tạo thành trong phản ứng sẽ pha loãng axit, tốc độ phản ứng

giảm đi rõ rệt, tới một mức độ nào đó có thể coi như dừng hẳn. Nồng độ axit

sunphoric, biểu thị bằng %SO3, tại đó axit không có khả năng sunpho hóa tiếp

tục nữa, gọi là π-sunpho hóa. Giá trị của π-sunpho hóa phụ thuộc vào các hợp

chất hữu cơ, nhiệt độ phản ứng và số nhóm sunpho sẽ đưa vào. Hợp chất càng dễ

Sunphu hóa thì giá trị của càng thấp với cùng điều kiện phản ứng như nhau.

Đối với cùng một chất khi nhiệt phản ứng độ tăng, π-sunpho hóa sẽ giảm.

Axit sau khi phản ứng (thường có nồng độ π) gọi là axit đã làm việc. Để

sunpho hóa hoàn toàn lượng nguyên liệu đưa vào, chúng ta phải tính được

lượng tác nhân cần có, dựa vào nồng độ axxit đã làm việc (π- sunpho hóa ).

Chúng ta có công thức sau:quas



x = ππ

−−

a

)100(80

x - lượng tác nhân cần có để monosụnpho hóa 1kg hợp chất hữu cơ, kg.

a - hàm lượng SO3 trong tác nhân sunpho hóa lúc ban đầu, %.

Từ công thức trên chúng ta thấy: nếu hàm lượng SO3 trong tác nhân sunpho hóa

ban đầu càng cao thì lượng tác nhân cần thiết càng giảm, và sự khác biệt giữa a

và x càng nhỏ thì lượng axit cần dùng càng nhiều ( và lượng axit đã làm cũng

càng lớn).

Khi chọn nồng độ tác nhân, cần chú ý tới giới hạn nồng độ tác nhân. Nếu

nồng độ tác nhân cao qúa thì sẽ xảy ra các phản ứng phụ (như phản ứng tạo

sunpho - polisunpho axit ..) vừa gây lãng phí nguyên liệu lại làm cho sản phẩm

kém tinh khiết. Nồng độ tác nhân còn ảnh hưởng tới vị trí của nhóm sunpho

trong nhân thơm.

* Ảnh hưởng của yếu tố nhiệt độ.

Nhiệt độ cũng ảnh hưởng rất lớn đến qúa trình sunpho hóa, không những tới

tốc độ của phản ứng mà còn ảnh hưởng tới vị trí của nhóm thế trong sản phẩm.

Khi nhiệt độ cao qúa giới hạn cho phép có thể xảy ra các phản ứng phụ như oxy

hóa hợp chất hữu cơ, phản ứng tạo sunpho.

* Ảnh hưởng của yếu tố xúc tác.

Yếu tố xúc tác cũng ảnh hưởng tới vi trí của nhóm sunpho trong sản phẩm.

2. Các phản ứng phụ

Khi sunpho hóa có thể xảy ra một số phản ứng phụ, không tạo ra sunpho

axit. Chính nồng độ tác nhân và nhiệt độ vượt qúa giới hạn cho phép đã gây nên

các phản ứng này. Các phản ứng phụ không những gây hao tổn nguyên liệu một

cách vô ích mà còn làm giảm độ tinh khiết của sản phẩm. Vì vậy cần phải khống

chế các điều kiện phản ứng sao cho không để các phản ứng phụ xảy ra ít nhất.

II. Cơ cấu và động học của phản ứng sunpho hóa.



Trước khi xét cơ cấu phản ứng chúng ta xét qua về bản chất hóa học của tác

nhân sunpho hóa.

1. Bản chất hóa học của tác nhân sunpho hóa.

Axit sunphuric khan (100%) ở nhiệt độ thường là một chất liên hợp ở mức

độ cao, gồm những phần nhỏ với mạch dài hình thành liên kết hydro. Chúng ta

xét cấu tạo của axit sunphuric.

H O O S H O O

Chúng ta thấy có sự dịch chuyển điện tử về phía nguyên tử oxy nên mật độ

điện tử ở nguyên tử hydro giảm xuống, hydro có xu hướng kéo điện tử về phía

mình. Do đó hình thành nên liên kết hydro. Nhưng khi nhiệt độ tăng, các liên kết

hydro bị phá vỡ. Axit sunphuric 100% bị phân li theo phương trình sau:

2H2SO4 H3SO4+ + HSO4

-

2 H2SO4 SO3 + H3O+ + HSO4-

Bằng các phân tích hóa lý người ta nhận thấy rằng trong axit sunphuric

100% có 99.7- 99.8% các phân tử ở dạng liên hợp. Khi nhiệt độ tăng sự liên hợp

sẽ giảm còn 0.2- 0.3% các phân tử phân ly. Trong dung dịch axit sunphuric với

nước axit phân ly theo phương trình sau:

H2SO4 + H2O H3O+ + HSO4

Các phân tử axit sunphuric chỉ tồn tại trong dung dịch axit có nồng độ từ

75% trở lên càng bị pha loãng axit sunphoric càng bị phân li mạnh theo phương

trình trên, do đó lượng ion bisunphat càng tăng.

2. Cơ cấu phản ứng sunpho hóa.

Như chúng ta đã thấy ở trên, thành phần tác nhân sunpho hóa tương đối

phức tạp, bản chất của chúng thay đổi khi hàm lượng SO3 và H2O trong đó thay

đổi.



Trong khối phản ứng sunpho hóa nhiều hợp chất hữu cơ có trong axit

sunphuric 100%, sẽ bị oxy hóa thành cation hữu cơ. Cho nên khi cho hợp chất

hữu cơ tác dụng với các tác nhân oxy hóa, ta được một hỗn hợp cá phần tử khác

nhau, gồm các phần tử trung hoà ( SO3, H2SO4, H2S2O7), các ion HS2O7-, HSO4

-,

SO4-, H3SO4

+ và các hợp chất hữu cơ ở dạng phân tử trung hòa hoặc cation.

Các tác nhân HS2O7-, HSO4

-, SO4- không thể là tác nhân sunpho hóa, vì thực

tế cho thấy nhiều dung dịch những dung dịch chứa nhiều ccs ion trên không có

khả năng sunpho hóa.

3. Động học của phản ứng sunpho hóa.

Phản ứng sunpho hóa các hợp chất thơm là phản ứng thế electrronphin. Tốc

độ của phản ứng sunpho hóa bằng oleum hay axit sunphoric có thể viết :

W = K. (ArH).(SO3)

Khi phản ứng với axit sunphuric , tốc độ sunpho hóa tỷ lệ nghịch với hàm

lượng nước.

W = K nOH

ArH

)2(

)(

III. Kỹ thuật tiến hành phản ứng sunpho hóa.

1. Phản ứng sunpho hóa được tiến hành trong thiết bị bằng thép hoặc gang.

Có cánh khuấy, vỏ bọc hay ống xoắn để đun nóng bằng hơi nước hay làm lạnh

bằng nước thường, có ống cắm nhiệt kế.

Khuấy trộn là yếu tố quan trọng vì khối sunpho trong phần lớn các trường

hợp là dị thể, quánh, đặc khi khối phản ứng ở dạng không linh động (sunpho hóa,

benzen, toluen.. có thể dùng cánh khuấy bơi chèo) khối phản ứng có độ nhớt

trung bình (sunpho hóa naphatalen thành β - naphatalen sunphoaxit) có thể dùng

cánh khuấy hình khung, nỏ neo.



Thứ tự cho nguyên liệu phản ứng phụ thuộc vào nhiệm vụ và điều kiện

sunpho hóa. Phương pháp cho các thành phần tuỳ thuộc vào tính chất của

nguyên liệu ban đầu và nhiệt độ phản ứng. Phản ứng sunpho hóa thường được

tiến hành trong khoảng nhiệt độ từ 30- 1800C. Nếu nhiệt độ phản ứng không cao

lắm ta cho axit vào thiết bị phản ứng trước sau đó mới cho nguyên liệu đã được

nghiền nhỏ vào sau (nếu nguyên liệu ở dạng rắn) để tốc độ trong các phần của

thiết bị đều bằng nhau. Nếu sunpho hóa ở nhiệt độ cao, ta đun nóng chảy nguyên

liệu rắn sau đó mới cho axit vào.

Sau khi cho hết tác nhân phản ứng và nguyên liệu vào người ta mới nâng

dần nhiệt độ của khối phản ứng lên tới nhiệt độ cần thiết và giữ nhiệt độ đó

trong

một khoảng thời gian nào đó. Kết qủa của phản ứng phụ thuộc vào nhiều yếu tố,

điều cần thiết là phải khống chế nhiệt độ sao cho thích hợp nhất( nồng độ tác

nhân, nhiệt độ phản ứng, độ tinh khiết của nguyên liệu, thời gian phản ứng khuấy

trộn..). Có như vậy phản ứng mới đạt hiệu suất cao, chất lượng sản phẩm tốt.

2. Các phương pháp tách sản phẩm sunpho hóa.

Khi sản phẩm sunpho hóa kết thúc, cần tách sản phẩm (sunpho axit) khỏi

axit đã làm việc. Chúng ta dựa vào tính chất của sản phẩm để chọn phương pháp

thích hợp.

*Tách bằng nước : Sau khi phản ứng kết thúc, người ta cho vào khối phản

ứng một lượng nước lạnh hoặc nước đá (để giảm độ hoà tan của sunphoaxit).

Sau đó sẽ lọc sản phẩm. Phương pháp này đơn giản, kinh tế nhất. Nhưng chỉ vì

áp dụng được đối với những sunphoaxit không tan trong nước nên phương pháp

này không được áp dụng rộng rãi.

* Phương pháp dùng muối ăn : Khi cho dung dịch NaCl vào khối phản ứng

hoặc cho vào khối phản ứng đã được pha loãng bằng nước, sẽ xảy ra phản ứng

tạo muối của sunphoaxit.



*Dùng natri sunphit: Sunphoaxit sẽ tác dụng với sunphit natri tạo ra muối

natri như sau:

ArSO3H + Na2SO3 ArSO3Na + SO2 + H2O

Đây là phương pháp phổ biến nhất, được ứng dụng rộng rãi nhất, do có

nhiều ưu điểm hơn so với các phương pháp khác. Phương pháp áp dụng cho qúa

trình sản xuất phenol và naphtol là chính, vì nó tận dụng được natri sunphit tạo

thành trong qúa trình phản ứng nóng chảy kiềm:

ArSO3Na + 2NaOH ArONa + Na2SO3 + H2O

Để trung hoà sunphoaxit theo phượng trình trên, và ngược lại phế liệu của

qúa trình trên dùng (SO2 và H2O) được dùng để axit hóa phenolat:

2ArONa + SO2 + H2O 2 Ar OH + Na2SO3

Phương pháp này không khó khăn về mặt kỹ thuật tiến hành phản ứng lại

có thể tiết kiệm được nguyên liệu.

Ngoài ra còn có nhiều phương pháp khác nữa như phương pháp tách bằng

soda, tách bằng KCl, tách bằng CaCO3.

IV. Giới thiệu về Benzensunphoaxit

Benzen sunphoaxit khan C6H5SO3H là chất không màu, khô không bay hơi,

nóng chảy ở nhiệt độ 510C, phân huỷ khi bị đun nóng. Benzen sunphoaxit kỹ

thuật có màu tối, chứa các tạp chất H2SO4 và nước Benzen sunphoaxit tan trong

nước. Benzen sunphoaxit là một axit mạnh, phân ly trong nước

SO3H SO3-

+ H+

Muối Natri của benzen sunphoaxit phản ứng với kiềm (NaOH) nóng chảy

cho phenolnatri, sau đó axit hóa cho phenolnatri. Đây là một trong những

phương pháp sản xuất phenol trong công nghiệp benzen sunphoaxit được sản

xuất theo những phương pháp khác nhau. Phương pháp sunpho hóa trong pha



lỏng và phương pháp sunpho hóa trong pha hơi trong đó sunpho hóa trong hơi

đạt hiệu quả cao hơn.

V. Qúa trình thay nhóm sunpho bằng nhóm hydroxyl theo phương

pháp nóng chảy kiềm.

Một trong những phương pháp chuyển hóa quan trọng nhất của các

sunphoaxit dãy thơm là cacspo thay thế nhóm sunphoaxit bằng nhóm hydroxyl

khi cho muối của sunphoaxit tác dụng với hydroxyl kim loại kiềm ở dạng nóng

chảy:

ArSO3Na + 2 NaOH ArONa +Na2SO3 + H2O

Ngày nay phương pháp nóng chảy kiềm là phương pháp chủ yếu để tổng

hợp các dẫn xuất oxy của dãy thơm.

1. Cơ cấu của phản ứng.

Cơ cấu của phản ứng.

Tác nhân nóng chảy kiềm thông dụng hơn cả là NaOH vì rẻ hơn nhiều so

các tác nhân khác. Trong qui mô sản xuất nhỏ hoặc sản xuất các loại sản phẩm

qúi , nếu NaOH không đủ khả năng phản ứng có thể dùng KOH. Trong một số

trường hợp người ta còn dùng hỗn hợp NaOH và KOH, vì nhiệt độ nóng chảy

của hỗn hợp thấp hơn so với nhiệt độ của từng cấu tử riêng biệt.

Kiềm ở dạng nóng chảy là tác nhân phản ứng rất mạnh. Khi tác dụng với

hợp chất hữu cơ không no, phần tử kiềm có xu hướng kết hợp theo phần tử nối

đôi. Khi muối của sunphoaxit phản ứng với kiềm nóng chảy, phân tử kiềm sẽ sẽ

kết hợp với nhân thơm, sau đó mới tách phân tử sunphit để tạo phenolat.

SO3Na ONa SO3Na + NaOH



+ NaOH H ONa H

+ Na2SO3 + H2O

Sau khi axit hóa pheolat ta được phenol. Nhóm OH thường vàđược vị trí

của của nhóm SO3H.Trong thực tế sản xuất, song song với qúa trình chính - thay

nhóm -SO3H bằng nhóm OH - bao giờ cũng xảy ra một số phản ứng phụ như

chuyển hóa sản phẩm kết hợp tạo thành hydrro cacbon và sunphat.

Có thể biểu diễn các phản ứng xảy ra trong qúa trình nóng chảy kiềm theo

sơ đồ sau:

ArSO3Na + NaOH ArSO3Na .NaOH (1)

ArSO3Na .NaOH + NaOH ArOH + Na2SO3 + H2O (2)

ArSO3Na .NaOH ArOH + Na 2SO4

(3)

Phản ứng thứ hai là phản ứng chính. Trong một số trường hợp, phản ứng (3)

sẽ không xảy ra. Tính chất thuận nghịch của qúa trình tạo sản phẩm kết hợp đã

được chứng minh bằng phản ứngM-sunphoaxit của phenol khi cho Rezocxin tác

dụng với bisunphit.

2.Những đặc điểm của phản ứng nóng chảy kiềm.

Thông thường trong các phản ứng nóng chảy kiềm, ta thấy vị trí của nhóm

OH trong sản phẩm chính là vị trí của nhóm -SO3Na trong hợp chất ban đầu.

Những hiện tượng đó không phải bao giờ cũng xảy ra, nhóm -OH không phải

bao giờ cũng chiếm vị trí của nhóm -SO3H. Như chúng ta đã biết phản ứng nóng

chảy kiềm các sunphoaxit, hoặc nói chung qúa trình đưa nhóm -OH và nhân

thơm bằng tác dụng của kiềm là phản ứng thế nucleophin. Ion OH - sẽ vàđược vị

trí có mật độ điện tử nhỏ nhất.



Mật độ điện tử tại nguyên tử cacbon liên kết với nhóm -SO3H có bị giảm đi

do ảnh hưởng cảm ứng của nguyên tử S mang điện điện tích dương trong nhóm

-SO3H. Cho nên trong nhiều trường hợp, nhóm -OH sẽ vào vị trí của của nhóm

-SO3H.

Song mật độ điện tử tại những nguyên tử cacbon không liên kết với nhóm

-SO3H cũng có thể giảm xuống do ảnh hưởng của các nhóm thế khác. Cho nên

nhóm -OH cũng có thể phản ứng với các nguyên tử cacbon ở nhóm này.

Các điều kiện phản ứng như nhiệt độ, nồng độ tác nhân, loại tác nhân được

quyết định bởi độ hoạt động của nhóm -SO3H. Tất nhiên nếu nhóm -SO3H cùng

hoạt động, phản ứng sẽ càng dễ dàng hơn. Nhóm -SO3H trong benzen sunphoaxit

là nhóm kém hoạt động nên phản ứng đòi hỏi ở nhiệt độ cao, trên 3000C.

Vậy khi biết bản chất của sunphoaxit, chúng ta có thể tiến hành phản ứng

một cách tương đối dễ dàng, lựa chọn được các điều kiện phản ứng thích hợp.

3. Kỹ thuật tiến hành phản ứng.

a) Nguyên liệu.

Hai tác nhân chủ yếu trong phản ứng nóng chảy kiềm là muối của

sunphoaxit (sunphonat) và kiềm. để đạt hiệu suất cao và chất lượng của sản

phẩm tốt cần tinh chế các tác nhân khỏi các tạp chất gây tổn hại cho qúa trình

phản ứng.

Sunphoaxit tham gia phản ứng ở dạng muối - suphonat. Lượng tạp chất vô

cơ (như NaCl, Na2SO4) trong đó không được qúa 10% trọng lượng sunphonat.

Các tạp cahats vô cơ không tan trong kiềm nóng chảy, tạo thành cục, giảm độ

linh động của khối phản ứng dẫn đến qúa nhiệt cục bộ và có thể xảy ra hiên cháy NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K4436


khối phản ứng khi nhiệt độ thành thiết bị tăng cao trên 3000C. Độ axit của muối

sunpho cũng có hại đối với phản ứng vì phải tốn kiềm để trung hoà axit, mặt

khác phản ứng trung hoà lại tạo thành các muối vô cơ, ảnh hưởng không tốt tới

phản ứng. Trong kiềm (NaOH và KOH) thường có tạp chất clorat dễ gây phản

ứng oxy hóa. Vì vậy cần phải tách các tạp chất đó trước khi đưa vào phản ứng.

b) Các điều kiện phản ứng.

Theo phương trình phản ứng phải dùng 2 mol NaOH cho một nhóm -SO3H.

Nhưng trong thực tiễn sản xuất cũng như trong phòng thí nghiệm đều phải cho

dư NaOH từ 3 đến 4 mol và có thể cao hơn nữa. Để giảm tiêu hao kiềm cần chọn

sunphoaxit có chất lượng cao, chọn thiết bị phản ứng thích hợp và khống chế các

điều kiện phản ứng theo đúng các yêu cầu.

Để tăng độ linh động của khối phản ứng và giảm nhiệt độ của khối phản

ứng có thể cho thêm từ từ 5-10% nước. Khi đó nhiệt độ của khối phản ứng sẽ từ

270 -2800C. Nước tạo thành trong phản ứng sẽ làm cho khối phản ứng linh động

hơn.

Sunphonat được đưa vào từng mẻ ở dạng bột hay dung dịch bão hòa trong

nước. Nếu dùng sunphonat ở dạng dung dịch phản ứng sẽ dễ dàng hơn, không

tạo bọt, không có bụi.

Sau khi cho tất cả sunphonat vào, vừa khuấy trộn vừa nâng nhiệt độ của

khối phản ứng lên tới mức cần thiết, giữ nhiệt độ của khối phản ứng trong một

thời gian. Trong khối phản ứng chứa phenolat, sunphit và kiềm dư.

c) Các phương pháp nóng chảy kiềm.

Phản ứng nóng chảy kiềm có thể tiến hành trong điều kiện áp suất thường.

Thiết bị phản ứng được chế tạo bằng gang, đáy cong, có cánh khuấy. Được đốt

nóng bằng khí lò, than, bằng dầu, hoặc đốt nóng bằng điện. Trong qúa trình phản

ứng thiết bị được đậy nắp kín, có cửa cho nguyên liệu vào. Trong kỹ thuật

phương pháp nóng chảy kiềm được áp dụng rộng rãi nhất.

VI. Qúa trình sản xuất phenol.NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K4437


Qúa trình sản xuất phenol bằng phương pháp nóng chảy kiềm thể hiện qua

các giai đoạn phản ứng sau đây:

1. Qúa trình hình thành axit benzensunfonic bằng phản ứng của benzen với

axit sunfuric đặc.

C6H6 + H2SO4 → C6H5SO3H + H2O

2. Qúa trình phản ứng của axit bezensunfoic với natrisunfit hoặc natri cacbonat

tạo ra natribenzensulfonat.

2 C6H5 SO3 H + Na2SO3 → 2C6H5SO3 Na + H2O + SO2

3. Qúa trình gia nhiệt benzensulfonat trong natri hydroxit để tạo ra natri

phenolat.

C6H5 SO3 Na + 2 NaOH → C6H5O Na + H2O + Na2SO3

4. Qúa trình phản ứng của natri phenolat với sulfuadioxit hoặc CO2 tạo ra

phenol dạng tự do.

2C6H5ONa + H2O + SO2 → 2 C6H5 O H + Na2SO3

Trước đây người ta trung hoà benzen sunphoaxit bằng Na2SO3 và axit hóa

phenolat bằng H2SO4. Sau này người ta tận dụng phế liệu của các giai đoạn khác

nhau Na2SO3 , SO2 , H2O để trung hòa benzen sunphoaxit và axit hóa phenolat.

Sơ đồ dây truyền sản xuất phenol theo phương pháp kiềm nóng chảy được trình

bày theo sơ đồ sản xuất ở trang bên.

Thuyết minh sơ đồ dây truyền sản xuất.

1. Chú thích sơ đồ sản xuất .

1 - Thiết bị sôi (nồi hơi).

2 - Thiết bị qúa nhiệt của hơi benzen.

3 - Tháp sunpho hóa.

4 và 13 - Thiết bị ngưng.

5 và 11 - Thiết bị lắng.



6 - Tháp trung hoà.

7 - Nồi nung chảy kiềm

8 - Thiết bị dật tắt

9 - Máy lọc ly tâm.

10 - Tháp để phân huỷ phenolat.

12 - Thiết bị luyện chân không.

14 - Bình chứa các sản phẩm tinh luyện.

2. Qúa trình hoạt động của tháp.

Benzen mới và benzen thu hồi được đưa liên tục vào thiết bị bốc hơi benzen 1.

Thiết bị được đun nóng bằng hơi nước ở áp suất 7 - 8 at. Hơi benzen tạo thành

được đun qúa nhiệt trong thiết bị 2, sau đó vào phần dưới của tháp sunpho hóa

3. Tháp được tưới bằng H2SO4. Khi chảy theo các đĩa H2SO4 sẽ phản ứng với

benzen tạo thành benzen sunphoaxit , tụ lại dưới đáy tháp. Hơi benzen còn dư

sau phản ứng và hơi nước phản ứng được ngưng tụ trong thiết bị 4 và lắng trong

thiết bị 5. Benzen thu hồi được đưa trở lại phản ứng.

Benzen sunphoaxit vào phần trên của tháp trung hòa 6. Người ta cho

Na2SO3 liên tục vào tháp. Khi đi từ trên xuống theo những tầng hình nón,

C6H5SO3Na sẽ tác dụng với Na2SO3 tạo dung dịch đặc C6H5SO3Na và khí SO2.

Khí SO2 sang tháp axit hóa phenolat C6H5SO3Na sang thiết bị chảy kiềm 7 đã

chứa NaOH nóng

chảy. Nâng nhiệt độ khối phản ứng lên 330 0C giữ nhiệt độ này trong khoảng

thời gian tử 6 - 9 giờ. Hỗn hợp nóng chảy gồm khoảng 40% C6H5ONa, 45%

Na2SO3, còn lại là Na2SO4 và nguyên liệu dư được đưa sang thiết bị dập tắt chứa

sẵn Na2SO3. Trong thiết bị dập tắt, C6H5ONa tan trong dung dịch, Na2SO3 tách

khỏi dung dịch ở dạng tinh thể. Bằng thiết bị quay ly tâm chúng ta tách được

dung dịch C6H5ONa và Na2SO3 ra khỏi tinh thể Na2SO3. Tinh thể Na2SO3 được

đưa sang giai đoạn trung hoà benzen sunphoaxit trong thiết bị 6 phenolat được

axit hóa thành phenol. Sau đó lắng và tách phenol khỏi dung dịch Na2SO4.NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K4439


Phenol có nhiệt độ sôi cao nên phải chưng cất trong chân không bằng hơi

nước 7-8 at. Hơi sản phẩm cho qua thiết bị ngưng tụ, được đưa vào thùng chứa.

Để tránh hiện tượng phenol kết tinh làm tắc đường ống, người ta cho nước nóng

chảy qua thiết bị ngưng tụ. Chưng phenol thô ta được lần lượt các sản phẩm như

sau:

- Nước phenol dùng trong giai đoạn dập tắt khỏi kiềm nóng chảy cùng với

dung dịch sunphatnatri.

- Phenol kỹ thuật thu được sau khi chưng cất lại hai lần nữa ta được phenol

tinh khiết.

- Nhựa phenol dùng làm chất tẩy trùng và chất tẩy độc.

PHẦN III:

TÍNH TOÁN

CHƯƠNG I: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT TRONG CÁC QÚA

TRÌNH SẢN XUẤT



Các số liệu đầu vào của qúa trình sản xuất

Nồng độ của các nguyên liệu

Năng suất của nhà máy là 55.000 tấn/năm.

Benzen kỹ thuật gồm 96% benzen và 4% nước.

Lấy dư 1,06 mol so với tỷ lệ phản ứng

Sunfit natri 82%, 14% nước và 1% tạp chất.

NaOH 85%, lấy dư 20% so với tỷ lệ phản ứng.

SO2 lấy ở phản ứng trung hoà.

Hiệu xuất của các qúa trình phản ứng như sau.

- Hiệu xuất của qúa trình sunfo hóa : 96%

- Hiệu xuất của qúa trình trung hòa là : 100%

- Hiệu xuất của qúa trình nung chảy kiềm : 95%

- Hiệu xuất của qúa trình dập tắt : 99%

- Hiệu xuất của qúa trình lọc : 98%

- Hiệu xuất của qúa trình axit hóa : 99,5 %

- Hiệu xuất của qúa trình lắng : 99 %

- Hiệu xuất của qúa trình chưng cất : 97%

- Hiệu xuất chung của các qúa trình : 85,5%

Trong qúa trình sản xuất một năm phải có một thời gian sửa chữa và bảo

quản nhất định,với số ngày nghỉ là 25 ngày. Do đó số ngày làm việc trong một

năm là 340 ngày. Từ đó chúng ta có thể tính được phenol sản xuất được trong

một giờ là:

Lượng phenol sản xuất trong một giờ 196,674024.340

10.55000 3

= (kg/h)

I. Tính cân bằng vật chất cho qúa trình sunpho hóa.

Các phản ứng xảy ra trong qúa trình sunpho hóa:

C6H6 + H2SO4 → C6H5SO3H + H2O (1)



C6H5SO3H + H2SO4 → C6H4(SO3H)2 + H2O (2)

C6H5SO3H + C6H6 → C6H5 - SO2 - C6H5 + H2O (3)

Vậy lượng benzen tinh khiết cần để sản xuất được 6740,196 kg phenol trong

một giờ là:

928,559294

196,6740.78 = (kg/h)

Với hiệu xuất của qúa trình tính theo benzen là 85,5% nên lượng benzen tinh

khiết cho qúa trình là :

436,65415,85

100.928,5592 = (kg/h)

= 83,86 ( kmol/h)

Lượng benzen kỹ thuật gồm 96% và 4% là nước.

99,681396

100.436,6541 = (kg/h)

= 87,36 (kmol/h)

+ Lượng H2SO4 đưa vào thiết bị.

Lượng H2SO4 tinh khiết được tính theo phản ứng (1) như sau:

87,36.98 = 8561,28 (kg/h)

Nhưng trong thực tế lượng H2SO4 đưa vào dư 1,06 mol so với tỷ lệ phản ứng.

Do đó lượng H2SO4 tinh khiết là 8561,28 + (1,06.98) = 8665,16 (kg/h)

Lượng axit H2SO4 kỹ thuật gồm 98% và 2% tạp chất:

884298

100.16,8665 = (kg / h)

Lượng tạp chất vào thiết bị.

Lượng tạp chất có trong benzen

6813,99.0,04 = 272,56 (kg/h)

Lượng tạp chất có trong axit H2SO4

8842.0,02 = 176,84 (kg/h)

Như vậy tổng lượng tạp chất có trong nguyên liệu là :



272,56 + 176,84 = 449,4 (kg/h)

Lượng vật chất ra khỏi thiết bị

Sản phẩm chính của qúa trình sunpho hóa là benzen sunpho axit. Ngoài ra

còn có một số sản phẩm phụ chủ yếu khác như Benzen disunphua axit, di phenyl,

và một ít nguyên liệu. Theo giả thuyết thì hiệu xuát của qúa trình sunpho hóa là

96%. Vậy lượng C6H6 đẫ chuyển hoá thành benzen sunpho axit là:

6541,436.0,96 = 6279,78 (kg/h)

Lượng H2SO4 cần có là

98,788978

.98 6279,78 = (kg/h)

Lượng C6H5SO3H thu được là :

58,1272078

158.6279,78 = (kg/h)

Lượng H2O thu được là :

18,144978

18.6279,78 = (kg/h)

Từ phương trình (1) và (2) ta có phương trình tổng hợp sau:

C6H6 + 2 HO – SO3H → C6H4(SO3H)2 + 2 H2O (4)

Phản ứng tạo Benzen disunpho axit xảy ra khó khăn hơn. Trên thực tế

lượng benzen tiêu tốn cho phản ứng này chiếm khoảng 1% nguyên liệu cho vào.

Nên lượng benzen tiêu tốn cho qúa trình này là :

6541,436.0,01 = 65,414 (kg/h)

Theo phản ứng (4) ta có thể tính được:

Lượng H2SO4 tiếu tốn cho qúa trình này là:

37,16478

196.65,414 = (kg/h)

Lượng C6H4(SO3H)2 tạo thành trong qúa trình này là:



6,19978

238.414,65 = (kg/h)

Lượng H2O tạo thành trong qúa trình này là:

707,3278

36.414,65 = (kg/h)

Vậy lượng H2SO4 tiếu tốn cho qúa trình này là: 164,37 (kg/h)

Lượng C6H4(SO3H)2 tạo thành trong qúa trình này là: 119,6 (kg/h)

Lượng H2O tạo thành trong qúa trình này là: 32,707 (kg/h)

Từ phản ứng (1) và (3) ta có phản ứng (5)

2C6H6 + 2HO - SO3H → C6H5 - SO2 - C6H5 + 2H2O (5)

Trong thực tế lượng benzen tiêu tốn cho qúa trình này khoảng 1% lượng nguyên

liệu nên lượng benzen tiêu tốn cho qúa trình này là:

6541,436.0,01 = 65,414 (kg/h)

Theo phản ứng (5) ta có thể tính được:

Lượng H2SO4 tiếu tốn cho qúa trình này là:

09,41156

98.65,414 = (kg/h)

Lượng C6H5 - SO2 - C6H5 tạo thành cho qúa trình này là

41,91156

218.65,414 = (kg/h)

Lượng H2O tạo thành trong qúa trình này là

1,15156

36.65,414 = (kg/h)

Như vậy lượng benzen tinh khiết dư trong qúa trình này là

6541,436 - (6279,78 + 65,414 + 65,414) = 130,828 (kg/h)

Vậy lượng benzen kỹ thuật còn dư tương ứng là

15,13299

100.130,828 = (kg/h)

Lượng H2SO4 tinh khiết dư trong qúa trình là

8665,16 - (7889,98 + 164,37 + 41,09) = 569,72 (kg/h)



Vậy lượng H2SO4 kỹ thuật dư tương ứng là

35,58198

100. 569,72 = (kg/h)

Lượng nước tạo thành trong qúa trình này là

1449,18 + 32,707 + 15,1 = 1496,99 (kg/h)

Từ qúa trình tính toán ở trên cho qúa trình sunpho hóa ta thu được bảng cân bằng

vật chất sau.

Lượng nguyên

liệu vào

Kg / h Lượng sản phẩm ra Kg / h

C6H6 6541,436 C6H5SO3H 12720,58H2SO4 8665,16 C6H4(SO3H)2 199,6

Tạp chất 449,4 C6H5 - SO2 - C6H5 91,41H2O 1496,99

C6H6 dư 130,828H2SO4 dư 569,72Tạp chất 449,4

Tổng lượng vào 15655,996 Tổng lượng ra 15658,528

II. Tính cân bằng cho qúa trình trung hoà.

Các sản phẩm ra khỏi qúa trình sunpho hóa sẽ vào thiết bị trung hòa gồm có

các sản phẩm sau: benzen sunpho axit, benzen disunpho axit, di phenyl,

sunphonat và một phần H2SO4 dư, khoảng 10% lượng axit không phản ứng và

bằng 0,1.569,72 = 56,972 (kg/h)

Các phản ứng xảy ra trong qúa trình trung hòa là

2 C6H5SO3H + Na2SO3 → 2 C6H5SO3Na + H2O + SO2 (6)

C6H4(SO3H)2 + Na2SO3 → C6H4(SO3Na)2 + H2O + SO2 (7)

H2SO4 + Na2SO3 → Na2SO4 + H2O + SO2 (8)

Lượng H2SO4 dùng cho qúa trình trung hoà được tính như sau.

Vì hiệu xuất của qúa trình trung hoà là 100% nên lượng C6H5SO3H đã được

chuyển hóa là: 12720,58.1 = 12720,58 (kg/h)

Theo phản ứng (6) lượng Na2SO3 cần thiết cho phản ứng (6) là:



13,5072316

126.12720,58 = (kg/h)

Lượng C6H5SO3Na tạo thành: 8,14491316

360.12720,58 = (kg/h)

Lượng H2O tạo thành là: 59,724316

18.12720,58 = (kg/h)

Lượng SO2 tạo thành là: 32,2576316

64.12720,58 = (kg/h)

Do qúa trình chuyển hóa C6H4(SO3H)2 đạt hiệu xuất 100% do đó lượng

C6H4(SO3H)2 thu được là 199,6 (kg/h)

Theo phản ứng (7) ta tính được

Lượng Na2SO3 cần thiết là: 67,105238

126.6,199 = (kg/h)

Lượng C6H4(SO3Na)2 tạo thành là: 5,236238

282.6,199 = (kg/h)

Lượng H2O tạo thành là: 09,15238

18.6,199 = (kg/h)

Lượng SO2 tạo thành là: 67,53238

64.199,6 = (kg/h)

Theo phương trình phản ứng (8) ta có

Lượng Na2SO3 cần thiết là : 247,65998

126.748,512 = (kg/h)

Vậy lượng Na2SO4 thu được là: 961,74298

748142,512 = (kg/h)

Vậy lượng H2O thu được là: 178,9498

18.748,512 = (kg/h)

Vậy lượng SO2 thu được là: 856,33498

64.748,512 = (kg/h)

Tổng lượng Na2SO3 cần là: 5072,13 + 105,67 + 659,247 = 5837,047 (kg/h)

Thực tế lượng Na2SO3 lấy dư 20% nên lượng Na2SO3 cần dùng là

1,2.5837,047 = 7004,456 (kg/h)



Lượng Na2SO3 kỹ thuật 82% cần dùng là: 02,854282

100. 7004,456 = (kg/ h)

Lượng C6H5SO3H chưa chuyển hóa là

12720,58 - 12720,58 = 0 (kg/h)

Lượng C6H4(SO3H)2 chưa chuyển hóa là = 0 (kg/h)

Lượng Na2SO3 dư là 7004,456 - 5837,047 = 1167,409 (kg/h)

Tổng lượng H2O thu được là:

724,59 + 15,09 + 94,178 = 833,858 (kg/ h)

Lượng Na2SO3 kỹ thuật dư tương ứng là 67,142382

100.1167,049 = (kg/h)

Tổng lượng SO 2 thu được là:

2576,32 + 53,67 + 334,856 = 2964,846 (kg/h)

Từ số liệu tính toán ở phần trên chúng ta có bảng cân bằng vật chất cho qúa trình

trung hoà.

Lượng vào Kg / h Sản phẩm ra Kg / hC6H5SO3H 12720,58 C6H5SO3Na 14491,8

C6H4(SO3H)2 199,6 C6H4(SO3Na)2 236,5Na2SO3 7004,456 Na2SO4 742,961H2SO4 569,72 H2O 833,858

SO2 2964,846Na2SO3 dư 1167,409

C6H5SO3H dư 0C6H4(SO3H)2 dư 0

H2SO4 dư 56,972

Tổng vào 20494,356 Tổng ra 20494,346

III. Tính cân bằng cho qúa trình nung chảy kiềm.

Các phản ứng xảy ra trong qúa trình nung chảy kiềm

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)



C6H4(SO3Na)2 + 4NaOH → C6H4(ONa)2 + 2Na2SO3 +2H2O (12)

Ngoài ra ở nhiệt độ cao còn xảy ra một số phản ứng như 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)

Tính lượng vật chất vào thiết bị

Vì hiệu xuất của qúa trình nung chảy kiềm là 95% nên lượng C6H5SO3Na

chuyển hóa thành C6H5SO3Na là

21,13767100

95.14491,8 = (kg/h)

Theo phản ứng (9) chúng ta có thể tính được

Lượng NaOH cần có là 38,3059180

013767,21.4 = (kg/h)

Lượng C6H5ONa tạo thành là 202,8872180

116 13767,21. = (kg/h)

Lượng Na2SO3 tạo thành là 523,4818360

2613767,21.1 = (kg/h)

Lượng S2O tạo thành là 504,2447360

64.292,3856 = (kg/h)

Lượng H2O tạo thành là 360,688360

18.13767,21 = (kg/h)

Diphenyl sunpho tham gia phản ứng tạo ra 2 sản phẩm là phenolat và

dephenyl.Trong đó 60% Diphenyl sunpho tạo thành phenolat (10), còn 40%

phản ứng tạo thành diphenyl (11).

Vậy lượng diphenyl sunfo tham gia (10) là 846,54100

60.41,91 = (kg/h)

Vậy lượng diphenyl sunfo tham gia (11) là 564,36100

40.41,91 = (kg/h)

Theo phương trình phản ứng (10) ta có :

Vậy lượng NaOH cần có là 254,40218

160.846,54 = (kg/h)



Vậy lượng O2 cần có là 025,4218

16.846,54 = (kg/h)

Vậy lượng Na2SO3 tạo ra là 7,31218

126.846,54 = (kg/h)

Vậy lượng H2O tạo ra là 057,9218

36.846,54 = (kg/h)

Vậy lượng phenolat tạo thành là 368,58218

232.846,54 = (kg/h)

Theo phản ứng (11) ta có

Lượng diphenyl tạo thành trong phản ứng (11) là 829,25218

154.564,36 = (kg/h)

Lượng NaOH cần thiết cho phản ứng là 418,13218

80.564,36 = (kg/h)


126.564,36 = (kg/h)


18.564,36 = (kg/h)


Lượng C6H4(SO3Na)2 vào thiết bị là 236,5 (kg/h)

Lượng NaOH cần thiết cho phản ứng này là 184,134282

160. 236,5 = (kg/h)

Lượng C6H4(ONa)2 tạo ra 152,129282

154. 236,5 = (kg/h)


252. 236,5 = (kg/h)


36. 236,5 = (kg/ h)


Lượng C6H5ONa tham gia phản ứng (13) là

(8872,202 + 58,368).0,002 = 17,861 (kg/h)

Lượng O2 cần là: 232,1232

16.17,861 = (kg/h)



Lượng NaO-C6H4-C6H4-ONa tạo thành là: 707,17232

230.17,861 = (kg/h)


18.17,861 = (kg/h)

Phản ứng (14)

Lượng C6H5ONa tham gia phản ứng (14) là

(8872,202 + 58,368).0,009 = 80,375 (kg/h)

Lượng (C6H5 )2O tạo ra là 895,58232

170.375,80 = (kg/h)


126.375,80 = (kg/h)

Theo phương trình phản ứng (15) :

Lượng C6H5SO3Na tham gia (15) là: 14491,8 - 13767,21 = 724,59 (kg/h)

Lượng C6H5SNa tạo ra là 366,531180

132.724,59 = (kg/h)

Lượng O2 tạo thành là 224,193180

48.724,59 = (kg/h)

Vậy ta có lượng vào thiết bị là

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)

Mà NaOH lấy dư so với phản ứng 20% nên lượng NaOH thực tế cần dùng là :

3247,236.1,2 = 3896,683 (kg/h)

vậy lượng NaOH kỹ thuật là 333,458485

100.3896,683 = (kg/h)

Lượng NaOH dư là 3896,683 - 3247,236 = 649,447 (kg/h)

Lượng O2 4,025 + 1,232 = 5,257 (kg/h)

Lượng tạp chất vào là 449,4 (kg/h)

Tổng lượng vào là 19171,05 (kg/h)



Lượng ra khỏi thiết bị là

C6H5ONa = (8872,202 + 58,368) - (17,861 + 80,375) = 8832,334 (kg/h)

Tổng lượng Na2SO3 tạo ra là

4818,523 + 31,7 + 21,133 + 211,34 + 43,652 = 5126,348 (kg/h)

Tổng lượng H2O tạo ra trong quá trình nung chảy kiềm là

688,360 + 9,057 + 3,019 + 30,191 + 1,386 = 732,013 (kg/h)

Từ qúa trình tính toán trên chúng ta có thể lập được bảng cân bằng vật chất cho

qúa trình này.

Lượng vào Kg / h Sản phẩm ra Kg / hC6H5SO3Na 14491,8 C6H5ONa 8832,334

C6H4(SO3Na)2 236,5 Na2SO3 5126,348C6H5-SO2- C6H5 91,41 H2O 732,013

NaOH 3896,683 C6H5-O- C6H5 58,895Tạp chất 449,4 C6H5- C6H5 25,829Lượng O2 5,257 C6H4(ONa)2 129,152

NaO-C6H4-C6H4-ONa 17,707C6H5S Na 531,366NaOH dư 649,447

SO2 2447,504Tạp chất 449,4

O2 187,967Tổng lượng vào 19171,05 Tổng sản phẩm ra 19177,962

IV. Qúa trình dập tắt.

Toàn bộ lượng hỗn hợp thu được sau qúa trình nóng chảy kiềm có chứa

khoảng 40% phenolat, 45 % natri sunphit, phần còn lại là natri sunphit chất

không tham gia phản ứng và phenolat cao được đưa sang thiết bị làm nguội gọi

là thiết bị dập tắt. Đó chính là qúa trình dập tắt.

Theo đầu bài hiệu xuất của qúa trình dập tắt là 99%. Do đó sau qúa trình

dập tắt chúng ta thu được lượng phenolat là 01,8744100

99.334,8832 = (kg/h)



V. Qúa trình lọc.

Hỗn hợp sau khi thu được làm nguội đến nhiệt độ khoảng 40-50 0C khi đó ta tiến

hành qúa trình lọc. Theo đầu bài hiệu xuất của qúa trình đạt 98%. Do đó sau qúa

trình lọc ta thu được phenolat là 13,8569100

98.01,8744 = (kg/h)

Trong đó chứa một lượng nhỏ gồm C6H5-O- C6H5 , C6H5- C6H5 , C6H4(ONa)2 ,

C6H5S Na, Na2SO4, NaO-C6H4-C6H4-ONa và một số tạp chất khác. Sau qúa trình

lọc tạp chất chỉ còn lại khoảng 60% so với lượng tạp chất lúc ban đầu.

Lượng C6H5-O- C6H5 còn lại là 0,6 .58,895 = 35,337 (kg/h)

Lượng C6H5- C6H5 còn lại là 0,6 .25,829 = 15,497 (kg/h)

Lượng C6H4(ONa)2 còn lại là 0,6 .129,152 = 77,491 (kg/h)

Lượng C6H5S Na còn lại là 0,6 .531,366 = 318,82 (kg/h)

Lượng Na2SO3 còn lại là 0,6 .5126,348 = 3031,985 (kg/h)

Lượng NaO-C6H4-C6H4-ONa còn lại là 0,6 . 17,707 = 10,624 (kg/h)

Lượng tạp chất còn lại là 0,6 . 449,4 = 269,64 (kg/h)

VI. Tính toán cân bằng cho qúa trình axit hóa.

Sau qúa trình lọc chúng ta tiếp tục đưa sang qúa trình axit hóa. Các phản ứng

xảy ra trong qúa trình axit hóa như sau:

Phản ứng chính xảy ra là .

2 C6H5ONa + H2O + SO2 → 2 C6H5OH + Na2SO3 (16)

Phản ứng phụ xảy ra là.

C6H4(ONa)2 + H2O + SO2 → C6H4(OH)2 + Na2SO3 (17)

2 C6H5S Na + H2O + SO2 → 2 C6H5S H + Na2SO3 (18)

NaO-C6H4-C6H4-ONa + H2O + SO2 → OH - (C6H4) – OH + Na2SO3 (19)

Tính lượng vào thiết bị axit hóa

Tính lượng phenol tạo thành



Theo đầu bài hiệu xuất của qúa trình axit hóa là 99,5 % nên lượng phenolat đã

chuyển hóa theo phản ứng (16) là 284,8526100

,58569,13.99 = (kg/h)

Lượng SO2 cần thiết cho phản ứng là 078,2352232

48526,284.6 = (kg/h)

Lượng H2O cần thiết cho phản ứng là 522,661232

88526,284.1 = (kg/h)

Lượng C6H5OH tạo thành là 23,6909232

188.8526,284 = (kg/h)


126.8526,284 = (kg/h)


Lượng SO2 cần có là 204,32154

64.491,77 = (kg/h)

Lượng H2O cần có là 057,9154

18.491,77 = (kg/h)

Lượng C6H4(OH)2 tạo thành là 35,55154

110.491,77 = (kg/h)


126.491,77 = (kg/h)



.64 318,82 = (kg/h)


18.318,82 = (kg/h)

Lượng C6H5S H tạo thành là 683,265264

220.318,82 = (kg/h)


126.318,82 = (kg/h)





.64 10,624 = (kg/h)


18.10,624 = (kg/h)

Lượng OH - (C6H4)2 - OH tạo thành là 591,8230

186.10,624 = (kg/h)


126.10,624 = (kg/h)

Lượng SO2 đưa vào lấy từ giai đoạn trung hòa là: 2964,846 (kg/h)

Tổng lượng SO2 tiêu tốn là:

2352,078 + 32,204 + 77,289 + 2,956 = 2464,527 (kg/h)

Vậy lượng SO2 còn dư là: 2964,846 - 2464,527 = 500,319 (kg/h)

Lượng C6H5ONa đã chuyển hóa là: 8526,284 (kg/h)

Lượng C6H5ONa còn dư là: 8569,13 - 8526,284 = 42,846 (kg/h)

Tổng lượng H2O tiêu tốn là:

661,522 + 9,057 + 21,738 + 0,831 = 693,148 (kg/h)

Tổng lượng Na2SO3 tạo thành là:

4630,654 + 63,402 + 152,164 + 5,820 = 4852,04 (kg/h)

Từ qúa trình tính toán ở phần trên chúng ta có thể lập được bảng cân bằng vật

chất cho qúa trình này.

Lượng vào Kg / h Sản phẩm ra Kg / h



C6H5ONa 8526,284 C6H5OH 6909,23SO2 2964,846 Na2SO3 4852,04H2O 693,148 C6H4(OH)2 55,35

C6H4(ONa)2 77,491 C6H5S H 265,683C6H5S Na 318,82 OH -(C6H4)2- OH 8,591

NaO-C6H4-C6H4-ONa 10,624 C6H5ONa dư 42,846C6H5-O- C6H5 35,337 SO2 dư 500,319

C6H5- C6H5 15,497 Na2SO3 3031,985Na2SO3 3075,808 C6H5- C6H5 15,497Tạp chất 269,64 C6H5-O- C6H5 35,337

Tạp chất 269,64Tổng lượng vào 15987,495 Tổng lượng ra 15986,518

VII. Qúa trình lắng.

Hỗn hợp phenol và chất nhận được sau qúa trình axit hóa được đưa đi lắng,

tách các tạp chất khi đó chúng ta thu được phenol thô. Hiệu suất của qúa trình

này là 99% .Vậy phenol nhận được sau qúa trình này là

6909,23.0,99 = 6840,138 (kg/h)

VIII. Qúa trình chưng cất.

Phenol thô sau qúa trình lắng được đưa vào tháp chưng cất thu được phenol

tinh khiết. Theo đầu bài hiệu suất của qúa trình chưng cất là 97%. Do đó lượng

phenol thu được sau qúa trình này là

6840,138.0,97 = 6634,933 (kg/h)

Kết luận

Sau qúa trình tính toán chúng ta có thể rút được các lượng nguyên liệu cho qúa

trình sản xuất phenol với năng suất 55.000 tấn/năm được thể hiện qua bảng số

liệu sau.

Lượng nguyên liệu Kg / h Ghi chúC6H6 99% 6813,99 Lượng kỹ thuật

H2SO4 98 % 8842 Lượng kỹ thuật, lấy dư



1,06 mol so với phản ứngNa2SO3 82% 8480,044 Lượng kỹ thuật, lấy dư

20% so với phản ứng NaOH 85% 4584,333 Lượng kỹ thuật, lấy dư

15% so với phản ứngSO2 2964,846 Lấy ở quá trình trung hoà H2O 693,148

CHƯƠNG II: TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG TRONG CÁC

QÚA TRÌNH SẢN XUẤT

I. Cân bằng nhiệt lượng của qúa trình sunpho hóa

- Nhiệt độ đầu vào của hỗn hợp 25 0 C

- Nhiệt độ đầu ra của sản phẩm là 150 0C



Nguyên liệu C6H6 và H2SO4

Phượng trình cân bằng nhiệt lượng

Q1 + Q2 = Q3 + Q4 + Q5

Q1 – Nhiệt lượng do nguyên liệu mang vào, Kcal / h

Q3 –Nhiệt lượng do phản ứng tỏa ra, Kcal / h

Q2 – Nhiệt lượng do sản phẩm mang ra, Kcal / h

Q4 – Nhiệt lượng mất mát ra môi trường, Kcal / h

Q5 --Nhiệt do tác nhân làm lạnh, Kcal / h

1. Nhiệt lượng do nguyên liệu mang vào.

Q1 = G1. C1. T1 + G2. C2. T2

Trong đó

T1 là nhiệt độ đầu vào của hỗn hợp, bằng 250C.

G1 là lượng C6H6 và G1 = 6813,99 (kg/h)

C1 là nhiệt dung riêng của C6H6 , C1 = 0,38 Kcal / kg.độ

G2 là lượng H2SO4 , G2= 8842 (kg/h)

C2 là nhiệt dung riêng của H2SO4 ,C1 = 0,35 Kcal / kg.độ

T2=T1

Vậy Q1 = 6813,99.0,38.25 + 8842.0,35.25

=142100,405 (Kcal/h) = 142100,405.4,187 = 594974,395 (kj/h)

2. Nhiệt lượng do sản phẩm mang ra.

+ Nhiệt lượng do C6H5SO3H mang ra

q1 = C1 . m1 . t1

C1- là nhiệt dung riệng của C6H5SO3H, Kcal / kg.độ

t1- là nhiệt độ của sản phẩm ra, t1 = 150 0C

m1- lượng C6H5SO3H, m1 = 12720,58 (kg/h)

Nhiệt dung riêng của hợp chất C6H5SO3H được xác định như sau

M .C =n1.C1 + n2.C2

Trong đó NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K4457


M – khối lượng mol của hợp chất

C là nhiệt dung riêng của hợp chất hóa học, J/kg.độ

n1, n2 – số nguyên tử các nguyên tố trong hợp chất đó

C1,C2 – Nhiệt dung riêntg của các nguyên tử tương ứng, J/ kg nguyên tử.độ

Tra bảng ta có CC = 11700 J / kg nguyên tử . độ

CH = 18000 J / kg nguyên tử . độ

CS = 31000 J / kg nguyên tử . độ

CO = 25100 J / kg nguyên tử . độ

Thay vào ta có

158. C = 6.11700 + 6.18000 + 31000 + 3.25100

C = 1800,633 ( J / kg.độ)

Vậy q1 = 12720,58. 1800,633. 150 = 3435764419 (J/h)

= 3435764,419 (kj/h)

+ Nhiệt lượng do H2O mang ra

q2 = C2 . m2 . t2

C2- là nhiệt dung riệng của H2O, Kcal / kg.độ

t2- là nhiệt độ của H2O ra , t2 = 150 0C

m2- lượng H2O , m2 = 1496,99 (kg/h)

C2 = 0,476 . 4,18 .103 J / kg.độ

q2 = 0,476 . 4,18 .103 . 150. 1496,99 = 446779659 (J/h)

= 446779,659 (kj/h)

+ Nhiệt lượng do benzen dư mang ra

q3 = C3 . m3 . t3

Trong đó

C3- là nhiệt dung riệng của benzen, Kcal / kg.độ

t3- là nhiệt độ của benzen , t3 = 150 0C

m3- lượng benzen, m3 =130,828 (Kg / h)NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K4458


C3 = 0,38 . 4,18 .103 J / kg.độ

Q3 = 0,38 . 4,187.103 . 150. 130,828 = 31171,079. 103 (j/ h )

=31171,079 (kj/h)

+ Nhiệt lượng do H2SO4 dư mang ra

q4 = C4 . m4 . t4

Trong đó

C4- là nhiệt dung riệng của H2SO4 dư , Kcal / kg.độ

t3- là nhiệt độ của H2SO4 , t4 = 150 0C

m4- lượng H2SO4 dư, m4 =569,72 (kg/h)

C4 = 0,35 . 4,18 .103 J / kg.độ

q4 = 0,35 . 4,18 .103 . 150. 569,72 = 125025,054. 103 (J/h)

=125025,054 (kj/h)

Vậy tổng nhiệt lượng do sản phẩm mang ra là

Q3 = q1 + q2 + q3 + q4 = 3435764,419 + 446779,659 +31171,079 + 125025,054

=4038740,211 (kj/h) = 964590,449 (kcal/h)

3. Nhiệt lượng do phản ứng tỏa ra.

Các phản ứng toả nhiệt

+ Phản ứng toả nhiệt thứ nhất

C6H6 + HO-SO3H → C6H5SO3H + H2O (1)

∆H1 – Hiệu ứng nhiệt của phản ứng (1)

∆H1 = Σ ( ni .ci ) đầu - Σ (ni .ci )cuối

∆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 bảng ta có

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)



Vậy ∆H1 =-78,4 (Kcal / mol)

Số mol C6H6 đã tham gia phản ứng (1) là 83,864 (kmol/h)

q1= 83,864.103.78,4 = 6574981,826 (Kcal/h)

= 27529448,9 (kj/h)

+ Phản ứng toả nhiệt thứ hai

HO-SO3H + C6H5SO3H → C6H4(SO3H)2 + H2O (2)



∆H2 = C[ C=C] + C[ C-H] - C[ C-C] - C[ C-S]

Tra bảng ta có

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

Vậy ∆H1 =-70 Kcal / mol

Số mol H 2SO4 đã tham gia phản ứng (2) là

247,49238

98.6,119 = (kg/h) = 0,503 (kmol/h)

q2 = 503.70 = 35210 (Kcal/h) = 147424,27 (kj/h)

+ Phản ứng toả nhiệt thứ ba

C6H6 + C6H5SO3H → C6H5-SO2- C6H5 + H2O (3)



∆H3 = C[ C-H] - C[ H-O]

Tra bảng ta có






Vậy ∆H3 = 24,4 Kcal / mol

Số mol C6H6 đã tham gia phản ứng (3) là 0,419 (kmol/h)

q3 = 419. 24,4 = 10223,6 (Kcal/h) = 42806,213 (kj/h)

Vậy tổng nhiệt lượng do phản ứng toả ra là

Q2 = Σ qi = 27529448,9 + 147424,27 + 42806,213 =27719679,38 (Kj/h)

4. Nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanh.

Coi nhiệt lượng mất mát ra môi trường xunh quanh là 5 % lượng nhiệt cấp vào

Q4 = 0, 05 .Q1 = 29748,719 (Kj/h) = 7105,02 (kcal/h)

5. Nhiệt lượng mất do tác nhân làm lạnh.

Nhiệt lượng do tác nhân làm lạnh được xác định theo công thức sau:

QLL = Q5 = Q1 + Q2 - ( Q3 + Q4 )

QLL = Q5 = (142100,405 + 6620415,424) - (964590,449 + 7105,02)

=5790820,36 (Kj/h)

Từ qúa trình tính toán trên chúng ta có thể lập được bảng cân bằng nhiệt lượng

cho qúa trình sunpho hóa.

Lượng nhiệt vào Kj / h Nhiệt lượng ra Kj / hNL do nguyên

liệu mang vào

142100,405 Nhiệt lượng do sản

phẩm mang ra

964590,449

Nhiệt do phản

ứng

6620415,424 Nhiệt lượng mất mát ra

môi trường xunh quanh

7105,02

Nhiệt do tác nhân làm 5790820,36



lạnhTổng nhiệt

lượng vào

6.762.515,829 Tổng nhiệt lượng mang

ra

6.762.515,829

II. Tính cân bằng nhiệt lượng cho qúa trình nóng chảy kiềm



Để đơn giản chúng ta coi nguyên liệu phản ứng gồm C6H5SO3 Na và NaOH,

chúng ta có phản ứng sau:

C6H5SO3 Na + 2 NaOH → C6H5ONa + Na2SO3 + H2O

Phương trình cân bằng nhiệt lượng

Q1 + Q2 = Q3 + Q4 +Q5

Trong đó


Q2 –Nhiệt lượng do phản phản tỏa ra, Kcal / h





Q1 = G1. C1. T1 + G2. C2. T2

Trong đó

T1 là nhiệt độ đầu vào của C6H5SO3Na , bằng 250C.

G1 là lượng C6H5SO3Na và G1 =14491,8 ( kg/h)

C1 là nhiệt dung riêng của C6H5SO3Na

G2 là lượng NaOH , G2 = 3832,146 (kg/h)

C2 là nhiệt dung riêng của NaOH , Kcal / kg.độ



Nhiệt dung riêng của C6H5SO3Na được xác định theo công thức sau

M . C = n1. C1 + n. C2 +.

Trong đó

M là khối lượng mol của hợp chất C6H5SO3Na

C là nhiệt dung riệng của C6H5SO3Na

n1, n2 là số nguyên tử của các nguyên tố trong C6H5SO3Na

C1,C2 là nhiệt dung riêng của các nguyên tố tương ứng, J / kg . độ

Tra bảng ta có các số liệu sau

CC =11700 J / kg .nguyên tử . độ

CH = 18000 J / kg .nguyên tử . độ

CS = 31000 J / kg .nguyên tử . độ

CO =25100 J / kg .nguyên tử . độ

CNa =33500 J / kg .nguyên tử . độ

Thay các giá trị trên vào công thứcđó chúng ta có

180 . C = 6. 11700 + 5. 18000 +31000 + 3. 25100 + 33500

C = 1666,667 J / kg . độ

Nhiệt dung riêng của NaOH tính như sau

40 . C = 33500 + 25100 + 18000

CNaOH = 1915 J / kg . độ

Q1 = 14491,8.1666,667.25 + 3832,146.1915.25 = 787289,1105 (KJ/h)

=188031,791 (kcal/h)


+ Nhiệt lượng do C6H5ONa mang ra

q1 = C1 . m1 . t1

C1- là nhiệt dung riệng của C6H5ONa, Kcal / kg.độ


m1- lượng C6H5ONa , m1= 8832,334 (kg/h)

Nhiệt dung riêng của hợp chất C6H5ONa được xác định như sauNguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K4463


M .C =n1.C1 + n2.C2

Trong đó

M – khối lượng mol của hợp chất C6H5ONa

C là nhiệt dung riêng của C6H5ONa , J / kg . độ


C1,C2 – Nhiệt dung riêntg của các nguyên tử tương ứng, J / kg nguyên tử . độ





Thay vào ta có

116. C = 6.11700 + 5.18000 + 25100 + 33500

C = 1886,207 (J / kg.độ)

Vậy q1 = 8832,334. 1886,207 . 330 = 549767137,2 (J/h)

= 549767,1372 (kj/h) = 131303,352 (kcal/h)

+ Nhiệt lượng do Na2SO3 mang ra

q2 = C2 . m2 . t2

C2- là nhiệt dung riệng của Na2SO3 , Kcal / kg.độ

t2- là nhiệt độ của Na2SO3 mang ra, t1 = 330 0C

m2- lượng Na2SO3 , m2 = 5041,642 (kg/h)

Nhiệt dung riêng của hợp chất Na2SO3 được xác định như sau

M .C =n1.C1 + n2.C2

Trong đó

M – khối lượng mol của hợp chất Na2SO3

C là nhiệt dung riêng của Na2SO3 , J / kg . độ


C1,C2 – Nhiệt dung riêntg của các nguyên tử tương ứng, J / kg nguyên tử . độNguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K4464






Thay vào ta có

126. C = 25100 + 31000 + 2. 33500

C = 976,984 ( J / kg.độ)

Vậy q2 = 976,984.5041,642. 330 = 1625449177 (J/h)

= 1625449,177 (kj/h) = 388213,321 (kcal/h)

+ Nhiệt lượng do H2O mang ra

q3 = C3 . m3 . t3

C3- là nhiệt dung riệng của H2O , C3 = 0,476 (kcal / kg.độ)

T3- là nhiệt độ của mang H2O ra, t3 = 330 0C

m3- lượng H2O , m3 = 719,912( Kg / h)

q3 = 0,476.719,912. 330 = 113083,777 (kcal/h)

= 473481,774 (kj/h)

+ Nhiệt lượng do SO2 mang ra

q4 = C4 . m4 . t4

C4- là nhiệt dung riệng của SO2 , C4 = 1268,75 (J / kg.độ)

T4- là nhiệt độ của SO2 mang ra, t4 = 330 0C

m4- lượng , m4 = 2447,504 (kg/h)

q4 = 2447,504.1268,75 . 330 = 1024739,331 (kJ / h ) = 244743,093 (kcal/h)

Vậy tổng nhiệt lượng do sản phẩm mang ra là : Q3 =

549767,137 + 1625449,177 + 473481,774 + 1024739,331 = 877343,544 (kcal/h)



+ Phản ứng toả nhiệt thứ nhấtNguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K4465


2C6H5SO3Na + 2 NaOH → 2 C6H5ONa + Na2SO3 + H2O + SO2 (1)



∆H1 = 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 bảng ta có




Vậy ∆H1 =163 Kcal / mol

Số mol C6H5SO3Na đã tham gia phản ứng (1) là

(14491,8/180) = 80,51 (kmol/h)

q1= 80510.163=13123130 (Kcal/h) =54946545,31 (kj/h)

+ Phản ứng toả nhiệt thứ 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 bảng ta có




Vậy ∆H1 = 92,2 + 0,5 . 117,2 =150,8 (Kcal / mol )

Số mol C6H5-SO2- C6H5 đã tham gia phản ứng (2) là 0,419 (kmol/h)

q2 = 0,419.103 .150, 8 = 63185,2 (Kcal/h) = 264556,432 (kj/h)

+ Phản ứng toả nhiệt thứ baNguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K4466


C6H4(SO3Na)2 + 4 NaOH→ C6H4(ONa)2 + Na2SO3 + H2O (3)



∆H3 = 2 C[ S=O] =2 . 92,2 = 184,4 kcal / mol

Vậy ∆H3 = 184,4 Kcal / mol

Số mol C6H4(SO3Na)2 đã tham gia phản ứng (3) là 0,503 ( kmol / h)

q3 = 503.184,4 = 92753,2 (Kcal/h) = 388357,648 (kj/h)

Vậy tổng nhiệt lượng do phản ứng toả ra là

Q2 = Σ qi = q1 +q2 + q3 =13123130 + 63185,2 + 92753,2 = 13279068,4 (Kcal/h)


Coi nhiệt lượng mất mát ra môi trường xunh quanh là 5 % lượng nhiệt cấp vào

Q4 = 0, 05 .Q1 =9401,589 (Kcal/h)



QLL = Q5 = Q1 + Q2 - ( Q3 + Q4 )

QLL = Q5 = (188031,791 + 13279068,4) - (877343,544 + 9401,589)

=12580355,06 (Kcal/h)


cho qúa trình nóng chảy kiềm

Lượng nhiệt vào Kcal / h Nhiệt lượng ra Kcal / hNl do nguyên liệu

mang vào

188031,791 Nhiệt lượng do sản phẩm

mang ra

877343,544

Nhiệt do phản ứng

toả ra

13279068,4 Nhiệt lượng mất mát ra


9401,589

Nhiệt do tác nhân làm 12580355,06



lạnhTổng nhiệt lượng

vào

13.467.100,19 Tổng nhiệt lượng mang ra 13.467.100,19

III. Cân bằng nhiệt lượng của qúa trình axit hóa



Phượng trình cân bằng nhiệt lượng

Q1 + Q2 = Q3 + Q4 + Q5


Q2 –Nhiệt lượng do phản phản tỏa ra, Kcal / h





- Nhiệt lượng do C6H5ONa mang vào

q1 = G1. C1. T1

Trong đó

T1 là nhiệt độ đầu vào của C6H5ONa , bằng 400C.

G1 là lượng C6H5ONa và G1 = 8526,284 (Kg/h)

C1 là nhiệt dung riêng của C6H5ONa , C1 = 1886,21 J / kg.độ

q1 = 8526,284. 1886,21 . 40 = 643294,485 (kj/h) = 153640,908 (kcal/h)

- Nhiệt lượng do SO2 mang vào

q2= G2. C2. t2

Trong đó

t1 là nhiệt độ đầu vào của SO2 , bằng 400C.

G2 là lượng SO2 và G2 = 2943,336 (Kg/h)



C2 là nhiệt dung riêng của SO2 nhiệt dung riêng của nó được tính theo công thức

sau đây:

10-3 . CP = a +b.T - cT-2

Với a=12,78 .10-1 , b=2,671.10-4 , c=3,183 . 10-4

Vậy CP =1532,704 J / kg .độ

q2 = 2943,336. 1532,704 . 40 = 180450,514 (kj/h) = 43097,806 (kcal/h)

- Nhiệt lượng do nước mang vào

q3 = G3. C3. t3

Trong đó

t3 là nhiệt độ đầu vào của H2O , bằng 400C.

G3 là lượng H2O và G3 = 689,518 (kg/h)

C3 là nhiệt dung riêng của H2O ở 400C , C3 = 101 Kcal / kg . độ

Q3 = 689,518.101.40 = 2785652,72 (kcal/h)

- Nhiệt lượng do C6H4(ONa)2 mang vào

q4 = G4. C4. t4

Trong đó

T4 là nhiệt độ đầu vào của C6H4(ONa)2 , bằng 400C.

G4 là lượng C6H4(ONa)2 và G4 = 46,433 (kg/h)

C4 là nhiệt dung riêng của C6H4(ONa)2 ở 400C

Nhiệt dung riêng của C6H4(ONa)2 được xác định theo công thức sau

M .C4 =n1.C1 + n2.C2

Trong đó

M – khối lượng mol của hợp chất C6H4(ONa)2

C là nhiệt dung riêng của C6H4(ONa)2 , J / kg . độ



Tra bảng ta có CC = 11700 J / kg nguyên tử . độ NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K4469





Thay vào ta có

154. C4 = 6.11700 + 4.18000 +2. 25100 + 2.33500

C4 = 1684,41 J / kg.độ

Vậy q4 = 46,433.1684,41.40 = 3128,488 (kJ/h) = 747,191 (kcal/h)

- Nhiệt lượng do C6H5S Na mang vào

q5 = G5. C5. t5

Trong đó

t5 là nhiệt độ đầu vào của C6H5S Na, bằng 400C.

G5 là lượng C6H5S Na và G5 = 318,82 (kg/h)

C5 là nhiệt dung riêng của C6H5S Na ở 400C

Nhiệt dung riêng của C6H5S Na được xác định theo công thức sau

M .C5 =n1.C1 + n2.C2

Trong đó

M – khối lượng mol của hợp chất C6H5S Na

C là nhiệt dung riêng của C6H5S Na, J / kg . độ







Thay vào ta có

132. C5 = 6.11700 + 5.18000 +31000 + 33500

C5 = 1702,27 J / kg.độ

Vậy q5 = 318,82.1702,27. 40 = 21708,708 (kJ/h) = 5184,788 (kcal/h)NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K4470


- Nhiệt lượng do NaO- (C6H4)2-ONa mang vào

q6 = G6. C6. t6

Trong đó

T6 là nhiệt độ đầu vào của , bằng 400C.

G6 là lượng NaO- (C6H4)2-ONa và G6 = 10,624 (kg/h)

C6 là nhiệt dung riêng của NaO- (C6H4)2-ONa ở 400C

Nhiệt dung riêng của NaO- (C6H4)2-ONa được xác định theo công thức sau

M .C6 =n1.C1 + n2.C2

Trong đó

M – khối lượng mol của hợp chất NaO- (C6H4)2-ONa

C6 là nhiệt dung riêng của NaO- (C6H4)2-ONa , J / kg . độ







Thay vào ta có

230. C6 = 12.11700 + 8.18000 +2. 25100 + 2.33500

C6 = 1746,087 (J / kg.độ)

Vậy q6 = 10,624.1746,087.40 = 742,017 (kJ/h) = 177,219 (kcal/h)

- Nhiệt lượng do C6H5-O- C6H5 mang vào

q7 = G7. C7. t7

Trong đó:

t7 là nhiệt độ đầu vào của C6H5-O- C6H5 , bằng 400C.

G7 là lượng C6H5-O- C6H5 và G7 =35,337 (kg/h)

C7 là nhiệt dung riêng của C6H5-O- C6H5 ở 400C NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K4471


Nhiệt dung riêng của C6H5-O- C6H5 được xác định theo công thức sau

M .C7 =n1.C1 + n2.C2

Trong đó

M – khối lượng mol của hợp chất C6H5-O- C6H5

C7 là nhiệt dung riêng của C6H5-O- C6H5 , J / kg . độ







Thay vào ta có

120. C7 = 12.11700 + 10.18000 + 25100

C7 = 2032,353 J / kg.độ

Vậy q7 = 35,337. 2032,353.40 = 2872,690 (kJ/h) = 686,097 (kcal/h)

- Nhiệt lượng do C6H5- C6H5 mang vào

q8= G8. C8. t8

Trong đó

t8 là nhiệt độ đầu vào của C6H5- C6H5 , bằng 400C.

G8 là lượng C6H5- C6H5 và G8 = 15,497 (kg/h)

C8 là nhiệt dung riêng của C6H5- C6H5 ở 400C

Nhiệt dung riêng của C6H5- C6H5 được xác định theo công thức sau

M .C8 =n1.C1 + n2.C2

Trong đó

M – khối lượng mol của hợp chất C6H5- C6H5

C8 là nhiệt dung riêng của C6H5- C6H5 , J / kg . độ

n1, n2 – số nguyên tử các nguyên tố trong hợp chất đóNguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K4472







Thay vào ta có

154. C8 = 12.11700 + 10.18000

C8 = 2080,52 J / kg.độ

Vậy q8 = 15,497. 2080,52. 40 = 1289,673 (kJ/h) = 308,018 (kcal/h)

- Nhiệt lượng do Na2SO3 mang vào

q9= G9. C9. t9

Trong đó

t9 là nhiệt độ đầu vào của Na2SO3, bằng 400C.

G9 là lượng Na2SO3 và G9 = 3024,985 (kg/h)

C9 là nhiệt dung riêng của Na2SO3 ở 400C

Nhiệt dung riêng của Na2SO3 được xác định theo công thức sau

M .C9 =n1.C1 + n2.C2

Trong đó


C9 là nhiệt dung riêng của Na2SO3, J / kg . độ







Thay vào ta có:



142 . C9 = 2. 33500 +31000 + 3. 25100

C9 = 1220,423 ( J / kg.độ)

Vậy q9 = 40.1220,423.3024,985 = 147670,45 (kJ/h) = 35268,796 (kcal/h)

Từ qúa trình trên chúng ta tính được tổng lượng nhiệt do nguyên liệu mang vào

là:

Q1 = Σ qi = 153640,908 + 43097,806 + 2785652,72 + 747,191 + 5184,788 +

177,219 + 686,097 + 308,018 + 35268,796 = 3024763,453 (kcal/h)



Với hiệu xuất của qúa trình là 99,5% nên bỏ qua các phản ứng phụ, phản ứng

xảy ra theo phương trình 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 bảng ta có



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

Vậy ∆H1 = 92,2 -2 . 55,6 = -19 Kcal / mol

Số mol C6H5ONa đã tham gia phản ứng (1) là 73,502 (kmol/h)

Q2= 73,502.19 = 1396,546 (Kcal/h)




+ Nhiệt lượng do C6H5OH mang ra

q1 = C1 . m1 . t1

C1- là nhiệt dung riệng của C6H5OH, Kcal / kg.độ

t1- là nhiệt độ của sản phẩm C6H5OH ra, t1 = 25 0C

m1- lượng C6H5OH , m1= 6909,23 (Kg/h)

Nhiệt dung riêng của hợp chất C6H5OH được xác định như sau

M .C =n1.C1 + n2.C2

Trong đó

M – khối lượng mol của hợp chất C6H5OH

C là nhiệt dung riêng của C6H5OH , J / kg . độ



Thay vào ta có

94. C1 = 6.11700 + 6.18000 + 25100

C1 = 2162,266 J / kg.độ

Vậy q1 = 6909,23.2162,266.25 =373489827,9 (J/h) = 89202,252 (Kcal/h)


q2 = C2 . m2 . t2

C2- là nhiệt dung riệng của Na2SO3, Kcal / kg.độ


m2- lượng Na2SO3 , m2 =4826,629 (Kg/h)

Nhiệt dung riêng của hợp chất Na2SO3 được xác định như sau

M .C 2 =n1.C1 + n2.C2

Trong đó


C2 là nhiệt dung riêng của Na2SO3 , J / kg . độNguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K4475




Thay vào ta có

C2 = 1375,4 J / kg . độ

Vậy q2 = 4826,629.1375,4.25 =16596368,2 (j/h) =39637,84 (Kcal/h)

+ Nhiệt lượng do C6H4(OH)2 mang ra

q3 = C3 . m3 . t3

C3- là nhiệt dung riệng của C6H4(OH)2 , Kcal / kg.độ

t3- là nhiệt độ của C6H4(OH)2 sản phẩm ra, t3 = 25 0C

m3- lượng C6H4(OH)2 , m3=33,166 (Kg/h)

Nhiệt dung riêng của hợp chất C6H4(OH)2 được xác định như sau

M .C3 =n1.C1 + n2.C2

Trong đó

M – khối lượng mol của hợp chất C6H4(OH)2

C3 là nhiệt dung riêng của C6H4(OH)2 , J / kg . độ



Thay vào ta có

13. C3 = 6.11700 + 6.18000 + 2. 25100

C3 = 2021,239 J / kg.độ

Vậy q3 = 33,166.2021,239.25 = 1675910,317 (Kcal/h)

+ Nhiệt lượng do OH -(C6H4)2- OH mang ra

q4 = C4 . m4 . t4

C4- là nhiệt dung riệng của OH -(C6H4)2- OH , Kcal / kg.độ


m4- lượng OH -(C6H4)2- OH , m4 = 8,591 (Kg / h)

Nhiệt dung riêng của hợp chất OH -(C6H4)2- OH được xác định như sauNguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K4476


M .C3 =n1.C1 + n2.C2

Trong đó

M – khối lượng mol của hợp chất OH -(C6H4)2- OH

C4 là nhiệt dung riêng của OH -(C6H4)2- OH , J / kg . độ



Thay vào ta có

186. C4 = 12.11700 + 10.18000 + 2. 25100

C4 = 1992,473 J / kg.độ

Vậy q4 = 8,591.1992,473.25 = 427933,388 (j/h) =102,205 (Kcal/h)

+ Nhiệt lượng do C6H5S H mang ra

q5 = C5 . m5 . t5

C3- là nhiệt dung riệng của C6H5S H, Kcal / kg.độ

t5- là nhiệt độ của C6H5S H sản phẩm ra, t5 = 25 0C

m5- lượng C6H5S H, m5 = 265,683 (Kg/h)

Nhiệt dung riêng của hợp chất C6H5S H đ ược xác định như sau

M .C5 =n1.C1 + n2.C2

Trong đó

M – khối lượng mol của hợp chất C6H5S H

C5 là nhiệt dung riêng của C6H5S H , J / kg . độ


C1,C2 – Nhiệt dung riêng của các nguyên tử tương ứng, J / kg nguyên tử . độ

tra bảng ta có :

Cc =11700 j/kg nguyên tử độ , CH = 18000 j/kg nguyên tử độ,

Co = 25100 j/kg nguyên tử độ, CNa = 33500 j/kg nguyên tử độ.

110 C5 = 6.11700 + 6.18000 + 31000



C5 =1901,818 (j/kg độ)

C5 =1901,818 (J / kg.độ)

Vậy q5 = 1901,818.265,683.25 =12632017,79 (j/h) = 3016,961 (Kcal/h)

+ Nhiệt lượng do C6H5ONa dư mang ra

q6 = C6 . m6 . t6

C6- là nhiệt dung riệng của C6H5ONa, Kcal / kg.độ

t6- là nhiệt độ của sản phẩm C6H5ONa ra, t6 = 25 0C

m6- lượng C6H5ONa, m6 = 42,846 (Kg/h)

Nhiệt dung riêng của hợp chất C6H5ONa được xác định như sau

M .C6 =n1.C1 + n2.C2

Trong đó: M - khối lượng mol của hợp chất C6H5ONa

C6 - là nhiệt dung riêng của C6H5ONa, J / kg . độ

n1, n2 - số nguyên tử các nguyên tố trong hợp chất đó

C1,C2 - Nhiệt dung riêntg của các nguyên tử tương ứng, J/kg nguyên tử .

độ

Thay vào ta có

C6 = 1886,21 (J / kg.độ)

Vậy q6 = 42,846. 1886,21 . 25 = 2020,413 (kj/h) = 482,544 (Kcal/h)

+ Nhiệt lượng do SO2 mang ra

q7 = C7 . m7 . t7

C7- là nhiệt dung riệng của SO2 , Kcal / kg.độ

t7- là nhiệt độ của SO2 sản phẩm ra, t7 = 25 0C

m7- lượng SO2, m7 = 491,716 ( Kg / h)

C7 = 1536,204 (J / kg.độ)

q7 = 491,716.1536,204.25 = 18884,402 (kj/h) = 4510,246 (kcal/h)




q8 = C8 . m8 . t8

C8- là nhiệt dung riệng của Na2SO3 , Kcal / kg.độ

t8- là nhiệt độ của sản phẩm Na2SO3 ra, t8 = 25 0C

m8- lượng Na2SO3, m8= 3024,985 (kg/h)

C8 = 1375,4 (j/kg .độ)

q8 = 3024,985. 1375,4 .25 = 104014,109 (kj/h) = 24842,156 (kcal/h)

+ Nhiệt lượng do C6H5- C6H5 mang ra

q9 = C9 . m9 . t9

C9- là nhiệt dung riệng của C6H5-O- C6H5 , Kcal / kg.độ

t9- là nhiệt độ của sản phẩm C6H5-O- C6H5 ra, t9 = 25 0C

m9- lượng C6H5-O- C6H5 , m9 = 15,497 (kg/h)

C9 = 1536,204 (J / kg.độ)

q9 = 15,497.1536,204.25 = 595,163 (kj/h) = 142,146 (kcal/h)

Vậy tổng nhiệt lượng mang ra là : Q3 = 1837846,667 (kcal/h)


Nhiệt lượng thất thoát ra môi trường xung quanh chúng ta coi gần bằng 5 %

nhiệt lượng do nguyên liệu cung cấp vào

Q4 =0,05 Q1 = 3024763,453.0,05 = 151238,173 (kcal/h)



QLL = Q5 = Q1 + Q2 - ( Q3 + Q4 )

QLL=Q5=

3024763,453 + 1396,546 - (1837846,667 + 151238,173) = 1037075,159 (Kcal/h)


cho qúa trình axit hóa .

Lượng nhiệt vào Kcal / h Nhiệt lượng ra Kcal / hNl do nguyên liệu

mang vào

3024763,453 Nhiệt lượng do sản phẩm

mang ra

1837846,667



Nhiệt do phản ứng 1396,546 Nhiệt lượng mất mát ra


151238,173

Nhiệt do tác nhân làm

lạnh

1037075,159

Tổng nhiệt lượng

vào

3.026.159,999 Tổng nhiệt lượng mang ra 3.026.159,999

CHƯƠNG III :

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH

I. Tính thể tích làm việc của thiết bị chính:

Tra bảng ta có:

- Khối lượng riêng của benzen C6H6 :

ρ = 880 g/l

- Khối lượng riêng của axit sunfuric H2SO4:

ρ = 1832 g/l

- Lưu lượng benzen đưa vào thiết bị:

V1 = 45,7433880

10.436,6541 3

= (l/h)

- Lưu lượng axit sunfuric đưa vào thiết bị là:

V1 = 89,47291832

10.16,8665 3

= (l/h)

- Vậy thể tích hỗn hợp nguyên liệu đi vào thiết bị là:

Vhh = V1 + V2 = 7433,45 + 4729,89 = 12163,34 (l/h)

- Chọn thể tích thiết bị:

Vhh = 70 ÷ 80% Vthiết bị

⇒ Vthiết bị = 12163,34. 70

100 = 17376,2 (l/h) = 17,376 (m3/h)

Mặt khác Vthiết bị = S.H



Trong đó: S: Tiết diện của tháp, m2

H: Chiều cao thiết bị, m

D: Đường kính của tháp, m

S = 4

2Dπ Chọn D = 1,6 m

⇒ Chiều cao thiết bị là: H = 6 m

II. Tính toán cơ khí một số chi tiết chủ yếu của thiết bị:

1. Tính chiều dày thân tháp.

S = CP

PDt +−ϕδ ].[2

. ,m

Trong đó:

- Dt: Đường kính trong của tháp, m

- ϕ: Hệ só bền của thành hình trụ theo phương dọc

- C: Hệ số bổ xung so ăn mòn và dung sai về chiều dày, m

- P: áp suất thiết bị, N/m2

- P = Pmt + Ph

- Pmt: áp suất làm việc của thiết bị Pmt = 1.106, N/m2

- Ph: áp suất thuỷ tĩnh của nước, Ph = ρ.g.H, N/m2

Với g: Gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2

H: Chiều cao cột chất lỏng, H = 4m

S: Khối lượng riêng của chất lỏng, kg/m3

ρ = 1356 kg/m3

⇒ Ph = ρ.g.H = 1356.9,81.4

⇒ Ph = 5,32.104 N/m2

⇒ Ph = 1.106 + 5,32.104 = 1,05.106 N/m2

Tra bảng ta có: ϕ = 0,95

C = C1 + C2 + C3



C1: Bổ xung do ăn mòn, C1 = 1 mm

C2: Bổ xung do bào mòn, C2 = 0

C3: Dung sai và chiều dày C3 = 0,8 mm

- ứng suất của thép CT3 theo giới hạn bền kéo:

- [δk] = ηδ.

k

k

n (N/m2)

Tra bảng : nk =2,6 Hệ số an toàn

η = 1, hệ số điều chỉnh

Suy ra: [δk] = 66

10.08,1731.6,2

10.450 = (N/m2)

- ứng suất cho phép tính theo giới hạn chảy:

[δk = ηδ.

c

c

n ] (N/m2)

Tra bảng nc = 1,5 : hệ số an toàn

η = 1, hệ số điều chỉnh

Suy ra: [δk] = 66

10.1801.5,1

10.270 = (N/m2)

Ta lấy giá trị nhỏ hơn trong hai kết quả vừa tình được của ứng suất để tính toán:

Ta lấy [δk] = 173,08.106 (N/m2)

Vì 5053,15395,0.10.071,1

10.08,137.

][6

6

>==ϕδpk

Do đó có thể bỏ qua đại lượng P ở mẫu số trong công thức tính chiều dày:

S = CPDt

kk

+ϕδ ].[2

.

S = 336

6

10.9,610.8,195,0.10.08,173.2

10.05,161 −− =+ ,m

Chọn S = 8 mm

Chọn đáy và nắp elip của thiết bị có cùng kích cỡ:

Sđáy = Snắp = 8 mm



S = 8 mm hb = 400 mm

Dt = 1600 mm h = 40 mm

2. Tính đường kính ống dẫn sản phẩm và nguyên liệu.

d = ω.785,0

V ,m

Trong đó: ω: Tốc độ trung bình , chọn ω = 0,2 m/s

V: Lưu lượng thể tích hỗn hợp, V = 4,27 m3/h = 1,18.10-3 m3/h

⇒ d = 0867,02,0.785,0

10.18,1 3

=−

m = 86,7 mm

Chọn d = 100 mm

Chọn đường kính ống đưa nguyên liệu vào là 100 mm.

Chọn đường kính ống hơi là 100 mm.

3. Chọn bích nối thiết bị.

Chọn bích của nắp và thân, thân - thân, thân - đáy cùng một kiểu bích và cùng

một kích cỡ.

Chọn kiểu bích liền với thiết bị làm bằng thép.

Tra bảng ta có các thông số về bích:

P = 1.106 N/m2 D = 1810 mm D1 = 1675 mm Bu lông db = M20Dt = 1600 mm Db = 17400 mm D0 = 1619 mm Z = 52 cái

Chọn mặt bích để lắp ghép các ống dẫn vào thân hoặc đáy và nắp. Chọn loại bích

liền bằng kim loại đen kiểu 1 để nối các bộ phận của thiết bị.

Bảng: Số liệu về bích

P = 1.106

N/m2

Dy

mm

Kích hước nối Bu lông H

mmDn ,mm Dt ,mm Dδ ,mm Dl ,mm Db Z1,0 100 108 205 170 148 M16 4 22

III. Cấu tạo của chóp và ống chảy chuyền.

- Chọn đường kính của ống hơi, m



dh = 66 mm = 0,066 m

- Số chóp trên đĩa được tính:

n = 2

2

.1,0hd

D

Trong đó:

D: Đường kính trong của tháp, D = 1,6 m

Bề mặt tự do của đĩa, Ftự do = 0,1

⇒ n = 7,5866,0

6,1.1,0

2

2

= chóp

Quy chuẩn số chóp là n = 66 chóp

Đường kính của chóp:

dch = 22 ).2( chhh dd δ++

δ: Chiều dày của chóp, chọn δ = 3 mm

⇒ dch = 22 )3.266(66 ++

⇒ dch = 97,67 mm (chọn dch = 100 mm)

Chiều cao của chóp phía trên ống dẫn hơi.

Hh = 0,25.dh = 0,25.0,066 = 0,0165 m

Lấy hh = 0,02 m = 20 mm

* Đường kính ống chảy chuyền.

d = zw

G

....3600

.4

ρπ ,m

G: Lưu lượng lỏng trung bình đi trong tháp, kg/h

ρ: Khối lượng riêng của lỏng, kg/m3

w: Tốc độ chất lỏng trong ống chảy chuyền w = 0,1 m/s

z: Số ống chảy chuyền z = 1

G = 6541,436 kg/h

ρ = (880 + 1832)/2 = 1356 kg/m3



Vậy đường kính ống chảy chuyền:

d = 13,01.1,0,1356.14,3.3600

436,6541.4 = ,m

Khoảng cách từ mặt đĩa đến chân chóp.

Trong thực tế thường lấy s = 5 mm

Chiều cao mức chất lỏng trên khe chóp

Trong thực tế hl = 30 mm

Chiều cao của khe chóp

Lấy b = 0,072 m = 72 mm

Số lượng khe hở mỗi chóp

i = )4

(b

dd

ch

ch −π

c: Khoảng cách giữa các khe, chọn c = 4 mm

b: Chiều cao của khe chóp, mm

dch: Đường kính chóp, mm

dh: Đường kính ống hơi, mm

i = 6,6672.4

66100.

4

2

=

−π

mm

Chọn i = 66 khe chóp

Chiều rộng của khe chóp, mm

a = 72,066.72.4

66.14,3.

4

22

==bi

d hπ mm

Chọn a = 1 mm

Khoảng cách từ đĩa đến chân ống chảy chuyền. Lấy S = 5 mm

Khoảng cách từ tâm ống chảy chuyền đến tâm chóp gần nhất.

T = lcch l

dd+++

2.2

2δ

Ll : Khoảng cách nhỏ nhất giữa chóp và ống chảy chuyền

Chọn ll = 75 mm



Ta được:

T = 191752

1203.2

2

100 =+++ mm

Chọn T = 190 mm

Chiều cao của chóp: lấy l = 90 mm

Chiều cao của ống dẫn hơi trên đĩa

Lh = 1 - δ - hh = 90 - 3 - 20 = 67 mm

Chọn Lh = 65 mm

Phần IV:

TÍNH TOÁN KINH TẾ VÀ XÂY DỰNG

Chương I:

XÂY DỰNG

I. Giới thiệu:

Phân xưởng sản xuất phenol đi từ benzen, với năng suất 55.000 tấn/năm được

thiết kế và xây dựng nằm trong khu liên hợp lọc dầu Dung Quất - Quảng Ngãi.

Tổng mặt bằng có diện tích là: 10.000 m2.

Số công nhân làm việc trong phân xưởng là 20 người.

Phân xưởng sản xuất phenol được xây dựng tại Dung Quất - Quảng Ngãi là do

các yếu tố thuận lợi sau:

- Nguyên liệu (Benzen) để sản xuất Phenol được lấy trực tiếp ngay tại khu liên

hợp lọc dầu.

- Chi phí cho việc vận chuyển sẽ giảm rất nhiều, đem lại lợi nhuận cao (chiếm

40-60%) giá thành sản phẩm).

- Việc sử dụng khí thải, phế phẩm được tập trung, do đó ít ảnh hưởng đến vấn đề

môi sinh cũng như chi phí cho quá trình sử lý các phế thải đó.



II. Các yêu cầu đối với địa điểm xây dựng.

1. Yêu cầu chung.

* Địa điểm xây dựng phải phù hợp với qui hoạch lãnh thổ, qui hoạch vùng, qui

hoạch cụm kinh tế công nghiệp đã được các cấp có thẩm quyền phê duyệt.

* Phân xưởng phải gần với nguồn cung cấp nguyên liệu cho sản xuất và gần nơi

tiêu thụ sản phẩm.

* Phù hợp và tận dụng tối đa hệ thống giao thông quốc gia, hệ thống mạng lưới

cung cấp điện.

* Phải chọn địa điểm xây dựng gần với nơi cung cấp vật liệu xây dựng, chú ý

đến khả năng cung ứng công nhân cho xây dựng cũng như vận hành nhà máy sau

này.

2. Yêu cầu về kỹ thuật xây dựng.

Khu đất phải có kích thước và hình dạng thuận lợi cho việc xây dựng trước mắt

cũng như việc mở rộng nhà máy trong tương lai.

Khu đất phải cao ráo, tránh ngập lục trong mùa mưa lũ.

Khu đất phải tương đối bàng phẳng và có độ dốc tựu nhiên tốt nhất là 0,5 - 1%

để hạn chế kinh phí cho san lấp mặt bằng (chiếm 10 - 15% giá trị công trình)

Khu đất được chọn không được nằm trên các vùng có mỏ khoáng sản hoặc địa

chất không ổn định.

Cường độ khu đất xây dựng là 1,5 - 2,5 kg/cm2. Nên xây dựng trên nền đất sét,

sét pha cát... để giảm chi phí gia cố nền móng.

Cần chú ý đến mối quan hệ giữa khu dân cư đô thị và khu công nghiệp. Phải đảm

bảo tới mức cần thiết vấn đề môi sinh.

III. Tổng mặt bằng nhà máy.

1. Các hạng mục công trình

STT Tên công trình Chiều dài, m Chiều rộng, m Diện tích, m2 1 Căng tin và nhà ăn 24 12 2882 Khu hành chính 24 12 288



3 Nhà để xe 36 12 6484 Nhà bảo vệ 4*6 4*6 965 Phòng hoá nghiệm 9 6 546 Phòng kỹ thuật 9 6 547 Phòng điều khiển 9 6 548 Nhà sản xuất 48 15 7209 Kho thành phẩm 18 12 21610 Khu xử lý nước thải 18 12 21611 Khu mở rộng sản xuất 48 18 86412 Kho nguyên liệu 18 12 21613 Nhà cứu hoả 12 9 5414 Khu sản xuất hơi nước 24 12 10815 Trạm cấp nước 6 6 3616 Trạm biến áp 6 6 3617 Nhà để xe chuyên dụng 12 12 14418 Dải cây xanh phân cách19 Nhà để xe 18 9 162

Tổng diện tích sản xuất 4272

2. Nguyên tắc thiết kế.

Dựa vào nguyên tắc phân vùng và dựa vào đặc điểm sản xuất của phân xưởng

mà tổng mặt bằng được phân ra làm 4 vùng chính sau:

- Khu hành chính.

- Khu sản xuất và kho tàng.

- Khu năng lượng phụ trợ.Hệ thống giao thông và khuôn viên

Khu hành chính, hội trường, căng tin, nhà ăn, trạm y tế được bố trí phía trước

nhà máy.

Khu sản xuất và kho tàng gồm nhà sản xuất Phenol, kho thành phẩm, kho chứa

nguyên liệu, phòng thí nghiệm, phòng kỹ thuật và phòng điều khiển trung tâm.

Khu năng lượng phụ trợ gồm trạ biến thế, nhà phòng cháy chữa cháy, trạm cấp

nước.

Hệ thống giao thông và công viên, đường giao thông với chiều rộng 6m được bố

trí sao cho các quá trình vận chuyển, đi lại, phòng cháy thuận tiện. Nguyên tắc

phân vùng có các ưu khuyết điểm sau:



* Ưu điểm:

- Dễ quản lý theo từng bộ phận, theo các khu vực, theo các giai đoạn khác nhau

của quá trình sản xuất.

- Với nguyên tắc này sẽ thích hợp với những phân xưởng có các giai đoạn khác

nhau.

- Hệ thống giao thông được bố trí dễ dàng hơn.

- Thuận lợi cho việc mở rộng và phát triển nhà máy trong tương lai.

- Đặc biệt phù hợp với đặc điểm xây dựng ở nước ta.

* Nhược điểm:

- Dây truyền sản xuất phải kéo dài.

- Hệ thống đường ống, đường giao thông tăng.

- Hệ số xây dựng, hệ số sử dụng ít.

IV. Chỉ tiêu kinh tế:

Hệ số xây dựng: Kxd = 28%

Hệ số sử dụng : Ksd = 65%

Trong đó:

Kxd = F

BA %100).( +

Ksd = F

CBA %100).( ++

F – Diện tích toàn nhà máy, F= 15.000 m2

A – Diện tích đất xây dựng, A = 6410 m2

B – Diện tích đất lộ thiên, B = 3100 m2

C – Diện tích của đường bộ, vỉa hè...., C = 3500 m2

V. Kết cấu các công trình xây dựng.

1. Nhà hành chính, nhà điều khiển trung tâm, nhà sinh hoạt, căng tin, hội trường,

nhà y tế được thiết kế như sau:



Nhà xây dựng cấp 4 mái dốc về hai phía, lợp bừng fibroximăng có các cột

biên bằng bê tông cốt thép.

Kích thước cột là: 300x300x3600 mm.

Cột giữa có các kích thước: 300x4400x4200 mm.

Dùng móng đơn dưới cột có các kích thước là:

Bảng: Kích thước móng nhà.

Tiết diện cột C1 D1 C d H300x300 800 800 1300 1300 600

2. Nhà sản xuất.

- Chiều dài nhà 48m, chia làm 8 bước cột, mỗi bước cột 6m.

- Chiều cao nhà là 10m.

- Cột có kết cấu bằng bê tông cốt thép kích thước phần dưới vai cột là

400x600x6200 mm, phần trên vai cột có kích thước là 400x400x3200 mm.

- Kết cấu móng dùng đơn dưới cột có dầm móng kích thước 250x400x5900.

- Dầm hai mái (dốc về hai phía) có i = 1-15; L = 12m.

- Dầm mái khung thép lắp ghép.

3. Kết cấu các công trình phụ trợ như trạm biến thế, nhà bảo vệ...

Kết cấu của mái bằng bê tông cốt thép, tường bao quanh dày 220 mm, tường

ngăn dày 110 mm. Nền đổ ximăng cát sỏi có lát gạch hoa.

VI. Giao thông và khu khuôn viên.

Đường giao thông trong nhà máy được dải nhựa đường, có chiều rộng 6m,

chia làm hai làn chính, nối các khu sản xuất với nhau đảm bảo mật độ giao thông

vận chuyển các nguyên vật liệu cùng như sản phẩm dễ dàng.

Hai bên đường và xung quanh các công trình được trồng cây đảm bảo cảnh quan

và giữ môi sinh trong lành.

VII. Yêu cầu khi xây dựng nhà máy.



- Vấn đề hàng đầu là việc xây dựng dây chuyền công nghệ tránh cắt nhau chồng

chéo lên nhau.

- Thiết bị gọn gàng, an toàn, nhà sản xuất xây đúng qui cách và thiết kế đã đề ra,

đảm bảo cho quá trình làm việc khoảng 30 năm.

- Bộ phận cứu hoả bố trí ở các vị trí thuận tiện nhất.

- Các bộ phận xử lý khí thải, nước thải... phải đặt cuối hướng gió (cuối nhà máy)

để đảm bảo môi sinh trong khu vực nhà máy.

- Bố trí các đường cấp nhiên liệu, nguyên liệu cho phân xưởng phải thuận tiện

hợp lý và an toàn cho việc phòng cháy nổ.



Chương 2:

KINH TẾTrong nền kinh tế thị rường ngày nay, việc xác định các chỉ tiêu kinh tế có

một ý nghĩa rất quan trọng, đảm bảo về kinh tế thì sẽ duy trì được sự hoạt động

cũng như có nhiều khả năng mở rộng qui mô sản xuất trong tương lai.

Bản luận án này xin đưa ra phương hướng hạch toán kinh tế cho phân xưởng sản

xuất Phenol. Với các số liệu giả thiết, do đó có thể không được sát với thực tế.

I. Vốn đầu tư cho phân xưởng.

1. Vốn đầu tư cố định.

Vón đầu tư cố định = vốn đầu tư cho xây dựng + Vốn đầu tư thiết bị.

a. Vốn đầu tư cho xây dựng nhà xưởng:

Trong toàn bọ phân xưởng, tất cả các mặt bằng đều trải nhựa, thiết kế theo kiểu

lộ thiên - bán lộ thiên.

Ngoài nhà sản xuất chính còn phải xây nhiều công trình phụ trợ như: Nhà hành

chính, hội trường...

Tổng diện tích nhà máy là: 20.000 m2

Giả thiết việc xây dựng phân xưởng cần: 300 triệu đồng.

Giả thiết tiền công nhân xây dựng là: 100 triệu đồng.

⇒ Vốn đầu tư cho nhà xưởng là: 300 + 100 = 400 triệu đồng



b. Vốn đầu tư thiết bị:

Giả thiết đầu tư cho thiết bị là 600 triệu đồng.

⇒ Vốn đầu tư = 400 + 600 = 1.000 triệu đồng.

2. Vốn đầu tư lưu động.

Số vòng quay trong năm = 1.

Doanh thu = Giá sản phẩm*Sản lượng.

Giả thiết giá bán là: 5 triệu đồng/tấn.

⇒ Doanh thu: 20.000*5.000.000 = 100.000 triệu đồng

Vốn đầu tư lưu động là: 100.000/l = 100.000 triệu đồng.

3. Vốn đầu tư ban đầu.

1.000 + 100.000 = 101000 triệu đồng

II. Hoạch toán chi phí khác.

1. Tính toán nguyên liệu trực tiếp là: 50.000 triệu đồng

- Tổng đầu tư nguyên liệu trực tiếp là: 50.000 triệu đồng

- Cho 1 đơn vị sản phẩm: 50.000/20.000 = 2,5 triệu đồng

- Điện : Tổng công suất máy móc thiết bị là 2000 kW/h

⇒ Điện tiêu thụ trong một năm: 2.000x24x355 = 17.040.000 kW/h.

- Điện sinh hoạt: 3.030 kw/h.355 = 10.650 kư/h

⇒Chi phí sử dung điện trong một năm:

(17.040.000 + 10.650).1200 = 20.460,78 triệu đồng

2. Lương công nhân.

- Lương bình quân: 3 triệu đồng/người/tháng

- Tổng quỹ lương cho một năm: 3*20*12 = 720 triệu đồng.

- Trả lương cho một đơn vị sản phẩm: 720/20.000 = 0,36 triệu đồng

- Trích 19% theo lương để trả bảo hiểm xã hội, y tế...

- Trong một năm: 720*0,19 = 136,8 triệu đồng.

- Trả phụ cấp độc hại: 10% theo lương



- Trong một năm: 720*0,1 = 72 triệu đồng

- Cho một đơn vị sản phẩm: 72/20.000 = 0,0036 triệu đồng.

3. Chi phí chung cho phân xưởng.

- Khấu hao tài sản cố định bao gồm:

+ Khấu hao thiết bị: 10%*600*0,1 = 60 triệu đồng

+ Khấu hao vốn đầu tư nhà xưởng 5%: 400*0,05 = 20 triệu đồng

⇒ Khấu hao tài sản cố định: 60 +20 = 80 triệu đồng

Khấu hao tài sản cố định cho một đơn vị sản phẩm:

80/20.000 = 0,004 triệu đồng

- Tổng chi phí khác chiếm 20% tài sản khấu hao cố định.

Tổng giá thành = Chi phí sản cuất chung + Chi phí tiêu thụ + Chi phí

quản lý doanh nghiệp.

Bảng: Tổng giá thành

Chi phí Tính cho một đơn vị sản phẩm

(Triệu đồng)

Tính cho cả năm

(Triệu đồng)Chi phí sản xuất chung 3,57424 71485,58Chi phí doanh nghiệp 0,07149 1429,7116Chi phí tiêu thụ 0,07149 1429,7116Tổng giá thành 3,71722 74345,0032

III. Giá thành và lợi nhuận.

1. Xác định giá bán.

Giá thành sản phẩm 5.000.000 đồng/tấn.

2. Lợi nhuận.

a- Doanh thu: 100.000 triệu đồng.

b- Thuế VAT (10%)

Thuế VAT đầu ra = 10% doanh thu +10% điện

Thuế VAT đầu ra = 0,1*100.000 + 0,1*20460,78

Thuế VAT đầu ra = 12046,078 triệu đồng



Thuế VAT đầu vào = 0,1*50.000 triệu đồng = 5.000 triệu đồng

Thuế VAT = Đầu ra - Đầu vào

= 12.046,078 - 5000 = 7.046,078 triệu đồng

c- Lợi nhuận.

Lợi nhuận = Doanh thu - (Giá toàn bộ + Thuế VAT)

= 100.000 - (74.301,38 + 7.046,078) = 18608,9188 triệu đồng.

Bảng: Lập phương án cho một tấn sản phẩm 8 tổng sản lượng.

Khoản mục Chi phí cho một đơn

vị sản phẩm (triệu

đồng)

Chi phí cho toàn bộ

sản lượng (triệu đồng)

Chi phí nguyên liệu trực tiếp

Tổng nguyên liệu

Điện

2,5

1,023

50000

20460,78Chi phí nhân công

Lương

Trích 19%

10% độc hại

0,036

0,00684

0,0036

720

136,8

72Chi phí chung phân xưởng

Khấu hao tài sản cố định

Chi phí khác

Chi phí quản lý doanh nghiệp

Chi phí tiêu thụ

Giá thành toàn bô

Giá bán dự kiến

Thuế VAT

Thuế vốn

Lợi nhuận

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. Xác định hiệu quả kinh tế và thời gian thu hồi vốn.



* Hiệu quả kinh tế của vốn đầu tư.

E = Lợ nhuận năm/vốn đầu tư %18101000

9188,18608 ==

Thời gian thu hồi vốn = 4,5969188,18608

101000 =+

=+ CFCLN

V năm

V: Vốn đầu tư ban đầu, triệu đồng

LN: Lợi nhuận hàng năm, triệu đồng

CFC: Chi phí chung cho phân xưởng, triệu đồng

PHẦN V:

AN TOÀN LAO DỘNG

Tổ chức an toàn và bảo hộ lao động trong nhà máy là một công việc không

thể tách rời khỏi sản xuất. Bảo vệ tốt sức khoẻ lao động cho người sản xuất cho

phép đẩy mạnh sức sản xuất nâng cao năng suất lao động.

Nguyên nhâ xảy ra tai nạn lao động:

- thường do các nguyên nhân chính sau khi do kỹ thuật, do tổ chức giao

nhận), do vệ sinh công nghiệp.

- Trong nhà máy chế biến dầu mỏ bị ô nhiễm chủ yếu bởi khí hydrocarbon

(hydrocarbon mạch thẳng có tính độc hơn hydrocarbon mạch nhánh,

hydrocarbon vòng độc hơn mạch thẳng).

- ảnh hưởng bởi các khí phụ trợ như khí CO2, H2S

Khi nghiên cứu tác hại của hoá chất và bụi người ta đưa ra nồng độ các hợp

chất độc hại cho phép tối đa như sau:

Hợp chất Nồng độ mg/lXăng - dung môi < 0.3H2S 0,01Bụi 2SO2 0,01......

Để chống bụi cần thiết phải sử dụng các biện pháp tối thiểu sau:NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K4496


- Cơ khí hoá, tự động hoá quá trình sản xuất để hạn chế tác dụng của các

hợp chất độc hại.

- Bao kín thiết bị

- Thay đổi phương pháp công nghệ làm sạch

- Thông gió hút bụi

- Bảo đảm vệ sinh cong nghiệp

Các biện pháp cần thiết để phòng chống cháy nổ :

Thay khâu sản xuất nguy hiểm bằng khâu ít nguy hiểm.

Cơ khí hoá, tự động hoá các quá trình sản xuất có tính chất nguy hiểm để

đảm bảo an toàn.

Thiết bị bảo đảm kín hạn chế hơi, khí cháy thoát ra xung quanh khu sản

xuất.

Loại trừ khả năng phát sinh mồi lửa tại những nơi có liên quan đến cháy nổ.

Khả năng tạo nồng độ nguy hiểm của các chất cháy.

Tại những nơi có thể gây cháy nổ cần đặt biển cấm, dụng cụ chứa cháy ở

những nơi dễ thấy và thuận tiện thao tác.

Xây dựng đội ngũ chứa cháy chuyên nghiệp và nghiệp dư thường xuyên

kiểm tra diễn tập.

Khi có sự cố cháy nổ xảy ra tuỳ tính chất nguy hiểm của nơi tạo cháy cần

phải cấp tốc thi hành các biện pháp kĩ thuật cần thiết ở những nơi lân cận như

ngừng công tác, cắt điện, phát tín hiệu cấp cứu chữa cháy.

Trên đây chỉ là một số biện pháp tối thiểu trong công tác phòng chống cháy

nổ, bảo hộ lao động trong nhà máy, xong cần thiết phải tuyên truyền mọi người

thực hiện tốt biện pháp phòng ngừa để đảm bảo an toàn cho quá trình sản xuất.



Kết luận Qua quá trình thiết kế cong nghệ sản xuất Phenol, bản đồ án đã thực hiện

những phần sau:

• Nêu các phương pháp sản xuất Phenol trong công nghiệp

• Tính chất của phương pháp sản xuất Phenol qua benzen sunfo axit

• Cơ chế phản ứng sunfo hoá và nóng chảy kiềm.

• Tính chất của nguyên liệu và sản phẩm.

• Dây chuyền sản xuất Phenol

• Cân bằng vật chất.

• Cân bằng nhiệt lượng.

• Tính toán thiết bị chính.

• Mặt bằng phân xưởng sản xuất Phenol.

• Tính toán kinh tế

Nghiên cứu qúa trình sản xuất phenol là điều hết sức quan trọng vì thế nó

đã được thực hiện từ lâu và đưa vào sản xuất. Do đó kinh nghiệm và công nghệ

sản xuất có nhiều nên qúa trình nghiên cứu đã tạo cho em nhiều thuận lợi. Sau

một thời gian nghiên cứu và được sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy GS.TS Đào

Văn Tường em đã hoàn thành đồ án môn học, đảm bảo được tính chính xác và

thời gian qui định. Em xin chân thành cảm ơn thầy và cùng toàn thể các bạn đã

giúp đỡ em trong qúa trình nghiên cứu.



Nhưng do thời gian và trình độ có hạn nên không thể tránh khỏi những sai sót

trong bản đồ án tốt nghiệp này. Vì vậy em rất mong được sự đóng góp ý kiến của

các thầy cùng tất cả các bạn

Người thực hiện

Nguyễn Văn Tiến

Lớp HD 2 - K44

Tài liệu tham khảo1.Phan Minh Tân –Tổng hợp hữu cơ hóa dầu, TP Hồ Chí Minh 1999

2. ĐHBK Hà Nội – Kỹ thuật tổng hợp hữu cơ ,1979

3. ĐHBK Hà Nội- Kỹ thuật tổng các chất trong trung gian,1976

4. ĐHBK Hà Nội ,Sổ tay qúa trình và thiết bị hóa học. Tập 1, tập 2, NXB khoa

học kỹ thuật,1976

5. ĐHBK Hà Nội , Sổ tay Hóa lí , NXB khoa học kỹ thuật, 1977

6. Nguyễn Mậu Quyền, Hóa Học Vô cơ, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật,1999

7.Tập thể tác giả,Hồ Công Xinh, Nguyễn Thị Thanh, Hóa Hữu cơ, Tập 3 ,1997

9. ĐHBK thành phố Hồ Chí Minh. Sổ tay tóm tắt đại lượng hoá lý, 1990

10, Vương Đình Nhàn. Sổ tay tóm tắt của kỹ sư hoá chất, 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

16. Hydrocacbon Processing, October - 1998

17. Hydrocacbon Processing, March - 1997

18. Hood, Horace. United States Patent, July 4, 1995


Documents

Thiết Kế Phân Xưởng Sản Xuất Phenol Bằng Con Đường Kiềm Hoá