Tài liệu Bài tập lớn: Thiết kế quá trình sản xuất Acid Acetic 100.000 tấn/năm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐẠI CHẤT KHOA DẦU KHÍ BỘ MÔN LỌC HÓA DẦU BÀI TẬP LỚN THIẾT KẾ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT ACID ACETIC 100.000 tấn/năm GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN NHÓM 8 PGS.TS : Nguyễn Anh Dũng 1 Phần A: Tổng quan Chương I: Giới thiệu chung về acid acetic. I.1. Acid Acetic Axit axetic hay cßn gäi lµ axit etanoic, lµ mét hîp chÊt h÷u c¬ ®iÓn h×nh cña d·y ®ång ®¼ng axit mono cacboxylic, nã cã nhiÒu øng dông trong s¶n xuÊt vµ ®êi sèng, lµ mét trong nh÷ng s¶n phÈm h÷u c¬ c¬ b¶n vµ quan träng ®îc sö dông réng r·i trong c«ng nghÖ tæng hîp h÷u c¬ hãa dÇu. Axit axetic là hóa chất quan trọng với những ứng dụng phong phú trong nhiều ngành sản xuất cuối dòng như dệt vải, chế biến thực phẩm và một số quá trình sản xuất hóa chất công nghiệp. Động lực chủ yếu tạo thành xu hướng giá axit axetic là giá nguyên liệu và metanol cũng như nhu cầu cuối dòng đối với các dẫn xuất của axit axetic, như monome vinyl axetat (VAM), axit terephtalic tinh khiết (PTA), etyl axetat và anhydric axetic. Xu hướng ngày càng tăng của việc sử dụng axetat este làm dung môi cho mực in, sơn và chất kết dính cũng đã hình thành trong vài năm qua, tạo ra nhu cầu lớn và ổn định đối với axit axetic. [1] VAM là lĩnh vực sử dụng cuối dòng lớn nhất đối với axit axetic,dẫn xuất này chủ yếu được sử dụng trong sơn và chất kết dính. Trong khi đó, PTA được sử dụng chủ yếu trong sản xuất polyeste và sợi. PTA là lĩnh vực ứng dụng cuối dòng đang phát triển nhanh nhất, đạt tốc độ tăng trưởng trên 4%/năm.VAM, PTA và etyl axetat là ba lĩnh vực sử dụng hàng đầu đốivới axit axetic trong năm 2011, lượng tiêu thụ axit axetic trong các lĩnh vựcnày đạt 3,46 triệu tấn, 2,16 triệu tấn và 1,31 triệu tấn tương ứng. Ba lĩnh vựcnày chiếm tổng cộng 75% nhu cầu axit axetic toàn cầu. Anhydric axetic và cáclĩnh vực sử dụng cuối dòng khác chiếm phần còn lại của nhu cầu axit axetic toàncầu, với lượng tiêu thụ 1,05 triệu tấn và 2,19 triệu tấn tương ứng. [1].Trong thời gian 2011-2020, dự kiến tốc độ tăng trưởng của lĩnh vực PTA và etyl axetat sẽ vượt quá tốc độ tăng trưởng của lĩnh vực VAM. I.2. Nhu cầu axit axetic trên thế giới. 2 Nhu cầu toàn cầu đối với axit axetic đã tăng liên tục trong 10 năm qua. Theo Công ty nghiên cứu thị trường GBI Research, nhu cầu axitaxetic toàn cầu năm 2000 đạt 6,11 triệu tấn, sau đó tăng lên đến 10,24 triệutấn vào năm 2011. Một phần đáng kể của mức tăng này là do nhu cầu từ khu vực ChâuÁ - Thái Bình Dương và Mỹ. GBI dự báo xu hướng tương tự sẽ tiếp diễn trong thời gian tới. Năm 2011, Mỹ là nước tiêu thụ axit axetic lớn thứ hai trên thế giới, sau Trung Quốc. Sự hồi phục của nền kinh tế Mỹ hiện nay sẽ giúp tăngmạnh nhu cầu axit axetic trong tương lai. Trong khi đó, khu vực Châu Á – Thái Bình Dương sẽ tiếp tục chiếm hơn 72% nhu cầu axit axetic trong năm 2020. Nhu cầu toàn cầu đối với axit axetic dự kiến sẽ gia tăng với tốc độ 4,7%/năm trongthời gian từ 2011 đến 2020, đạt 15,53 triệu tấn vào năm 2020. Nhu cầu axit axetic ở những nước phát triển như Nhật Bản và Đứcphần lớn đã ổn định. Do dân số khổng lồ, các nước mới nổi như Trung Quốc, Ấn Độ,...có tiềm năng tiêu thụ rất lớn và tạo ra những cơ hội tăng trưởng lớn. Điều này đượcphản ánh ở tốc độ tăng trưởng của những lĩnh vực tiêu thụ cuối dòng như VAM,PTA, etyl axetat và anhydric axetic tại những nước đó. Năm 2011, nhu cầu axit axetic tại châu Á đã đạt đến mức đỉnhcao nhờ ảnh hưởng của thị trường Trung Quốc - động lực đối với phần lớn nhu cầuaxit axetic toàn cầu. Châu Á chiếm hơn 60% tiêu thụ axit axetic trên thế giớitrong năm 2011, Trung Quốc chiếm 30% lượng tiêu thụ này. Với những nhà máy mớisẽ đi vào vận hành trong thời gian 2011-2020, Trung Quốc sẽ tiếp tục là động cơcho sự tăng trưởng toàn cầu của sản xuất axit axetic trong những năm tới. [1] Nhìn chung, châu Á - Thái Bình Dương sẽ tiếp tục là động lực tăng trưởng cho sản xuất axit axetic trong những năm tới và cũng sẽ duy trì là động cơ cho sự tăng trưởng của thị trường axit axetic toàn cầu. 3 Hình 1. Nhu cầu sử dụng acid acetic trên thế giới I.3. Tình hình ở nước ta. Còng nh c¸c níc trªn ThÕ giíi, nhu cÇu sö dông axit axetic ë ViÖt nam ngµy cµng cao. H»ng n¨m chóng ta ph¶i nhËp khÈu mét lîng axit axetic kh¸ lín. Qu¸ tr×nh s¶n xuÊt axit axetic trong níc chñ yÕu b»ng ph¬ng ph¸p vi sinh cho nång ®é axit thÊp, n¨ng suÊt kh«ng cao nªn cha ®¸p øng ®îc nhu cÇu. Tõ nh÷ng n¨m 1990, mét sè c¬ quan nghiªn cøu khoa häc ë níc ta ®· nghiªn cøu s¶n xuÊt axit axetic c«ng nghiÖp. ë ViÖn Hãa häc C«ng nghiÖp còng ®· nghiªn cøu ®Ò tµi sö dông rîu etylic ®Ó s¶n xuÊt axit axetic. Mét sè c¬ quan nghiªn cøu khoa häc kh¸c nh ViÖn Hãa häc thuéc Trung t©m Khoa häc Tù nhiªn vµ C«ng nghÖ Quèc gia, khoa Hãa thuéc trêng §¹i häc Tæng hîp Hµ néi còng ®· quan t©m ®Õn ®Ò tµi nµy [2]. Nhng do nhiÒu nguyªn nh©n mµ c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu vÉn cha ®îc ¸p dông trong s¶n xuÊt c«ng nghiÖp. Cho ®Õn nay, gÇn nh toµn bé nhu cÇu axit axetic ë níc ta ®Òu ph¶i ®¸p øng b»ng con ®êng nhËp khÈu. Tríc t×nh h×nh míi, c¬ héi ph¸t triÓn cho ngµnh c«ng nghiÖp hãa chÊt ®· ®îc më ra, th× qu¸ tr×nh s¶n xuÊt axit axetic cã nång ®é cao ®· trë thµnh mét vÊn ®Ò quan träng vµ viÖc t×m ra ph¬ng ph¸p s¶n xuÊt axit axetic ®¸p øng ®îc nhu cÇu sö dông vµ cã hiÖu qu¶ kinh tÕ lµ mét viÖc lµm hÕt søc cÇn thiÕt. I.4. Các phương pháp sản xuất Axit axetic §Ó s¶n xuÊt axit axetic, ngêi ta cã thÓ ®i tõ c¸c nguån nguyªn liÖu kh¸c nhau, víi c¸c ph¬ng ph¸p kh¸c nhau nh : ph¬ng ph¸p tæng hîp, ph¬ng ph¸p ho¸ häc gç, ph¬ng ph¸p vi sinh. Tuy nhiªn, ®Ó ®¸p øng nhu cÇu sö dông axit axetic ngµy cµng cao th× hiÖn nay híng chñ yÕu s¶n xuÊt axit axetic lµ c¸c ph¬ng ph¸p tæng hîp:  Tæng hîp tõ oxyt cacbon vµ metanol. 4 Công nghệ sản xuất axit axetic từ metanol và cacbon monoxyt ở nhiệt độ và áp suất cao được hãng BASF đưa ra từ rất sớm(1913) dựa trên phản ứng: CH3OH + CO --> CH3COOH , DH298 = - 138,6 KJ/mol Điều kiện tiến hành khắc nghiệt về nhiệt độ và áp suất cộng với sự có mặt của các chất ăn mòn mạnh (các hợp chất iodua) đã ngăn cản việc thương mại hoá công nghệ này. Năm 1914, các nghiên cứu của REPPE(BASF) cho thấy rằng các kim loại nhóm VIII xúc tác có hiệu quả cho quá trình cacbonyl hoá. Điều này dẫn đến việc ra đời và phát triển công nghệ nhiệt độ và áp suất cao (250oC và 70MPa ) với xúc tác coban iodua. Quá trình này được BASF đưa vào áp dụng năm 1960 tại Luwig Shafen (CHLB Đức). Công suất ban đầu là 3.600 tấn/năm. Sau đó tăng lên 10.000 tấn/năm vào năm 1964 và 35.000 tấn/năm vào năm 1970. Năm 1981 công suất đạt 45.000 tấn/năm. Năm 1966, Borden chemical có khởi động xây dựng một nhà máy sản xuất axit axetic trên cơ sơ công nghệ BASF tại Geimak ( Bang Louisiana, Mỹ) với năng suất ban đầu là 45.000 tấn/năm sau đó tăng lên 64.000 tấn/năm vào năm 1981.Năm 1968, Monsanto công bố một khám phá mới. Xúc tác rhodi với hoạt tính và độ chọn lọc rất cao cho phản ứng cacbonyl hoá metanol(MeOH) thành axit axetic. Metanol có thể cacbonyl hoá ngay cả ở áp suất thường với hiệu suất chuyển hoá là 99% đối với metanol và 90% đối với cacbon monoxyd.Quá trình có sử dụng xúc tác này được áp dụng năm 1970 tại bang Texas_Mỹ. Công suất ban đầu là 135.000 tấn/năm, sau đó tăng lên 180.000 tấn/năm vào năm 1975. Điều kiện tiến hành quá trình Monsanto mềm hơn so với quá trình BASF (3 MPa và 180oC ) .[3]  Oxy hoá axetaldehyt. Trước khi thương mại hóa công nghệ Monsanto, hầu hết axit aextic được sản xuất bằng cách ôxy hóa axetaldehyt. Phương pháp này là phương pháp quan trọng thứ hai vẫn còn được sử dụng. Axetaldehyt có thể được sản xuất bằng cách ôxy hóa butan hoặc naphtha nhẹ, hoặc hydrat hóa etylen. Khi butan hoặc naphtha nhẹ được nung nó trong không khí có mặt các ion kim loại khác nhau như mangan, coban, và crôm, peroxit và sau đó phân hủy tạo ra axit axetic theo phương trình phản ứng: 5 2C4H10 + 5O2 → 4CH3COOH + 2H2O Phản ứng đặc trưng là sự kết hợp của nhiệt độ và áp suất được đều chỉnh sau cho đủ nóng để có thể giữ butan ở dạng lỏng. Các điều kiện phản ứng đặc trưng là 150 °C và 55atm. Các sản phẩm phụ cũng có thể được tạo ra, như butanon, etyl axetat, axit formic, và axit propionic. Các sản phẩm này cũng có giá trị thương mại, và các điều kiện phản ứng có thể được thay thế để tạo ra số lượng sản phẩm nhiều hơn. Tuy nhiên, việc phân tách axit axetic ra khỏi hỗn hợp này làm cho phương pháp này khá tốn kém.Cùng các điều kiện và sử dụng các chất xúc tác tương tự trong việc ôxy hóa butan, axetaldehyt có thể bị ôxy hóa bởi oxy trong không khí tạo ra axit axetic: 2CH3CHO + O2 → 2CH3COOH Sử dụng các chất xúc tác hiện đại, phản ứng này có thể tạo ra axit axetic hơn 95%. Các sản phẩm phụ là etyl axetat, axit formic, và formaldehyt đều có điểm sôi thấp hơn axit axetic nên sẽ dễ tách chúng ra bằng cách chưng cất.[4]  Oxy hãa trùc tiÕp c¸c hydrocacbon no. Oxy hoá pha lỏng(LPO) một số hydrocacbon béo, đặc biệt là đối với các HC có cấu trúc mạch thẳng, dài có thể là một phương pháp để sản xuất ra các axit cacboxylic.N-butan là nguyên liệu đặc biệt thích hợp để sản xuất axit axetic. Khi oxy hoá n-parafin, sự cất mạch chủ yếu xảy ra ở các mối liên kết giữa các nguyên tử C bậc 2. Vì vậy n-butan sẽ tạo ra sản phẩm chính là axit axetic và một số sản phẩm phụ như metyletylxeton và etyl axetat. C4H10 + O2 → CH3COOH + HCOOH + CH3COCH2CH3 + other oxygenates. Quá trình sử dụng một chất xúc tác cobalt, mặc dù mangan, crôm, vanadi, bismuth, niken, titan, thiếc và hoạt động ở 100-200 ° C / 1000-5.000 kPa. Tách hỗn hợp của acetic, formic, propionic, acrylic, và axit butyric, methyl ethyl ketone, ethyl acetate, metyl vinyl xeton, và gammabutyrolactone được thực hiện bởi sự kết hợp của chiết xuất, chưng cất, chưng cất và khai khoáng. Điều kiện phản ứng và sự lựa chọn chất xúc tác thay đổi cơ cấu sản phẩm đáng kể; chất xúc tác axetat cung cấp 97% chọn lọc đối với acid acetic với sản xuất axit formic thấp, Sản lượng axit axetic trên 79% khi dùng crom acetate chất xúc tác, với este acetate và methyl ethyl ketone chiếm hầu hết các sản phẩm còn lại. Quá trình này có thể 6 được chạy trong sự vắng mặt của chất xúc tác, với 30% chuyển đổi butan để cho năng suất 93% acid acetic. Nhà máy Huls thương mại hoạt động xúc tác-miễn phí tại 7100 kPa và 170200° C, 2% chuyển đổi butan để cung cấp cho 60% chọn lọc acid acetic.[5]  Oxy hoá trực tiếp các hydrocacbon không no Axetaldehyt có thể được điều chế từ etylen theo phản ứng Wacker, và sau đó ôxy hóa như nên bên dưới. Trong thời gian gần đây, việc chuyển đổi etylen thành axit axetic qua theo một bước, chi phí rẻ hơn đã được công ty Showa Denko thương mại hóa, công ty này đã xây dựng một nhà máy oxy hóa etylen ở Ōita, Nhật Bản năm 1997.Quá trình này sử dụng chất xúc tác là kim loại palladi với sự hỗ trợ của axit heteropoly như axit tungstosilicic. Nó được xem là một phương pháp có thể cạnh tranh với phương pháp carbonyl hóa metanol đối với các nhà máy nhỏ hơn (100–250 ngàn tấn/năm), tùy thuộc vào giá địa phương của etylen.[5] CH2=CH2 + O2 + H2O → [CH3CHO] → CH3COOH + H2O Ngoµi ra axit axetic cßn thu ®îc khi oxy hãa cacbuahydro trong ®ã axit axetic lµ s¶n phÈm phô. I.5. So s¸nh c¸c ph¬ng ph¸p s¶n xuÊt axit axetic Nãi chung c¸c ph¬ng ph¸p s¶n xuÊt axit axetic nãi trªn th× mçi ph¬ng ph¸p cã u nhîc ®iÓm riªng mµ dùa vµo ®ã c¸c nhµ c«ng nghÖ sÏ lùa chän ph¬ng ph¸p tèt nhÊt phï hîp víi yªu cÇu cña m×nh. §Ó so s¸nh c¸c ph¬ng ph¸p, ta xÐt vÒ mÆt hiÖu qña cña qu¸ tr×nh vµ ®Æc biÖt lµ gi¸ thµnh s¶n phÈm. §èi víi ph¬ng ph¸p s¶n xuÊt ®i tõ axetaldehyt. HiÖu suÊt qu¸ tr×nh rÊt cao thêng ®¹t 9598%. Tuy nhiªn ph¬ng ph¸p nµy cã nhîc ®iÓm lµ gi¸ thµnh s¶n phÈm qu¸ cao do sö dông nguån nguyªn liÖu ®¾t tiÒn. §Æc biÖt khi sö dông axetaldehyt tõ qu¸ tr×nh oxy ho¸ axetylen th× gi¸ thµnh cµng cao. H¬n n÷a do axetylen lµ chÊt ho¸ häc hiÕm, kh«ng cã trong tù nhiªn mµ ph¶i qua tæng hîp. Xu híng hiÖn nay ngêi ta kh«ng dïng axetylen mµ sö dông etylen ®Ó tæng hîp axetaldehyt do etylen lµ chÊt cã s½n trong khÝ dÇu má vµ khÝ thiªn nhiªn. Do ®ã nã lµm gi¶m rÊt nhiÒu gi¸ thµnh s¶n phÈm. Ph¬ng ph¸p oxy ho¸ cã ®iÒu chØnh parafin thÊp (butan vµ ®ång ®¼ng). Ph¬ng ph¸p nµy cho hiÖu qu¶ kinh tÕ cao v× sö dông chÊt s½n cã, rÎ tiÒn. Gi¸ thµnh cña axit axetic nhËn ®îc tõ oxy ho¸ butan thÊp h¬n kho¶ng 30% so víi s¶n xuÊt tõ axetaldehyt. HiÖu suÊt s¶n phÈm t¬ng ®èi cao. Ph¬ng ph¸p s¶n xuÊt ®i tõ metanol vµ CO còng lµ mét ph¬ng ph¸p kinh tÕ vµ míi h¬n c¶ do cã thÓ tæng hîp metanol tõ dÇu má vµ than ®¸ lµ nh÷ng nguån tµi nguyªn kh¸ dåi dµo. Ph¬ng ph¸p oxy ho¸ n-butan th× hay dïng h¬n ph¬ng ph¸p oxy ho¸ naphta do khi oxy ho¸ naphta cã nhiÒu s¶n phÈm phô nªn tèn kÐm cho viÖc xö lý, tinh chÕ s¶n phÈm axit axetic. 7 Tuy nhiªn, ph¬ng ph¸p tæng hîp axit axetic tõ oxyho¸ axetaldehyt vÉn lµ ph¬ng ph¸p tèi u. §Æc biÖt lµ ë ph¬ng ph¸p nµy cã thÓ ®iÒu chÕ chung axit axetic vµ alhydric axetic Hợp Chấất Giá ( cents/lb ) Acetaldehyde 45,5 Axit Acetic 68 Metanol 96 - 211 N-Butan 75 CO 30 Oxygen 3 Bảng giá nguyên liệu và sản phẩm (https:// www.icis.com/Chemicals/channel-info-chemicals-a-z) Calculation of Gross Profit: Phương pháp 1 CH3OH + CO → CH3COOH lbmol 1 1 1 MW 32 28 60 lb 32 28 60 lb/lb AAC 0,533 0,467 1 cents/lb 100 30 68 Gross Profit = 68 x 1 – ( 0,533 x 60 + 0,467 x 30 ) = 22,01 cents/lb AAC cents/lb AAC Phương pháp 2 : → 33,8475 8 Phương pháp 3 : → 29,772 Phương pháp 4 : → 29,839  Vì vậy, qua tìm hiểu v à t ính toán lợi nhuận , nhận thấy được nhiềều ưu điểm chúng tôi lựa chọn ph¬ng ph¸p tæng hîp axit axetic tõ oxy ho¸ axetaldehyt . Chương II: Quá trình oxy hoá axetaldehyt II.1 Phản ứng Ph¬ng ph¸p oxy hãa axetaldehyt ®Ó ®iÒu chÕ axit axetic ®îc sö dông réng r·i trong c«ng nghiÖp ,ph¶n øng cña qu¸ tr×ng nh sau : +T¹o thµnh peroxit axetyl,sau ®ã ph©n hñy thµnh axit axetic: CH3CHO + O2 CH3 C O CH3COOH + O O OH + Oxy nguyªn tö tiÕp tôc oxy hãa axetaldehyt thµnh axit axetic: CH3CHO + O CH3COOH C¬ chÕ cña qu¸ tr×nh oxy ho¸ axetaldehyt t¹o thµnh axit axetic lµ c¬ chÕ t¹o gèc tù do, sinh ra axit peraxetic lµ s¶n phÈm trung gian (ph¬ng tr×nh 22) O . CH3 - C - H + R O . CH3 - C O + O2 . CH3 - C -OO O . CH3 - C O . CH3 - C -OO O + CH3 - C - H (20) + RH O O . CH3 - C -OOH + CH3 - C (21) (22) Axit peraxetic sau ®ã cã thÓ ph¶n øng víi axetaldehyt ®Ó t¹o thµnh axetaldehyt monoperaxetat (AMP). AMP bÞ ph©n huû nhanh chãng thµnh Axit axetic nhê sù chuyÓn dÞch hydro trong ph¶n øng Bayer – Villiger. Ngoµi ra cßn x¶y ra sù chuyÓn dÞch gèc metyl ®Ó t¹o metyl format: 9 O O CH3 - C - OOH CH3 O + CH2 -C -H CH3 - C OH H O-O OH O + + CH3 - C O- O CH3 O C CH3 - C H CH3 - O ( 23 ) C C+ + O- OH O O CH3 - C - OH + CH3 - O - C 2CH3 - O - C OH OH OH Sù chuyÓn dÞch cña nhãm alkyl trë nªn dÔ dµng h¬n nhiÒu ®èi víi c¸c aldehyt cao h¬n, ®Æc biÖt lµ nÕu cã nh¸nh ë vÞ trÝ . Sù t¾t m¹ch chñ yÕu x¶y ra theo ph¶n øng lìng ph©n tö cña c¸c chÊt trung gian teroxit. O 2 CH3 - C -OO. O CH3 - C O C - CH3 O-O-O-O O O . CH3 - C - O 2 CH3 - C - O . CH3 ( 24 ) . + O2 + O2 . . 2 CH3 + 2 O2 . 2 CH3O + RH 2 CH3 - OO. 2 CH3O + O2 CH3OH + HCHO + O2 . CH3OH + R Ph¶n øng (24) lµ nguån gèc chñ yÕu cña: CO, metanol, formaldehyt vµ axit formic - c¸c s¶n phÈm phô cña qu¸ tr×nh oxy ho¸ axetaldehyt. Qu¸ tr×nh oxy ho¸ kh«ng cã xóc t¸c cã thÓ lµ ®iÒu 10 kiÖn cã hiÖu qu¶ cho qu¸ tr×nh chuyÓn ho¸ axetaldehyt ë møc thÊp ®ñ ®Ó duy tr× nång ®é axedehyt trong ph¶n øng. §iÒu nµy gi÷ tr¹ng th¸i æn ®Þnh nång ®é gèc axetyl peroxit ë møc thÊp thuËn lîi ph¶n øng (22), v× vËy h¹n chÕ x¶y ra ph¶n øng lìng ph©n tö (24). Trong ph¶n øng kh«ng cã xóc t¸c cÇn ®Æc biÖt chó ý khèng chÕ nång ®é cña AMP kh«ng vît qu¸ giíi h¹n næ. Ph¶n øng ph©n huû gèc tù do kh¸c cã thÓ trë nªn quan träng ë nhiÖt ®é cao hoÆc khi nång ®é oxy thÊp: O CH3 - C. CH.3 + CO Tèc ®é cña ph¶n øng decacbonyl ho¸ t¨ng khi nhiÖt ®é t¨ng, tuy nhiªn nã chØ trë nªn quan träng khi oxy kh«ng ®ñ ®Ó läc s¹ch c¸c gèc axetyl (ph¬ng tr×nh 21). II. Xúc tác Ngêi ta hay tiÕn hµnh oxy hãa axetaldehyt trong pha láng cã mÆt xóc t¸c .C¸c xóc t¸c hay dïng lµ hîp chÊt cña c¸c kim lo¹i coban,mangan,vanadi.Trong qu¸ tr×nh ph¶n øng th× nhiÖt ®é lµ yÕu tè ¶nh hưởng nhiÒu ®Õn qu¸ tr×nh.ChÊt oxy hãa thêng hay ding lµ oxy hay kh«gn khÝ cã nit¬,nit¬ kÐo theo axetaldehyt ra ngoµi.Trong c«ng nghiÖp thêng dïng hçn hîp xóc t¸c Co(Mn):Cu víi tû lÖ 1:(1:3), ngoµi ra cßn thªm vµo qu¸ tr×nh etyl axetat t¹o víi níc hçn hîp ®¼ng phÝ ®Ó t¸ch níc ra khái ph¶n øng. S¶n phÈm phô khi oxy ho¸ axetaldehyt metyl axetat, etyliden di axetat, axit formic vµ CO2. Trong thùc tÕ ngêi ta thêng tiÕn hµnh tæng hîp axit axetic tõ axetaldehyt b»ng hai c«ng nghÖ sau: +Tæng hîp axit axetic trong pha láng víi xóc t¸c lµ axetat mangan. +Tæng hîp axit axetic thêi víi anhydric axetic. Xóc t¸c cã mét vai trß quan träng trong qu¸ tr×nh oxy ho¸ axetaldehyt. Chóng ph©n huû c¸c peroxit vµ do ®ã h¹n chÕ tèi thiÓu nguy c¬ næ. Tuy nhiªn t×nh huèng diÔn ra phøc t¹p h¬n ®iÒu nµy. Xóc t¸c mangan lµ lo¹i xóc t¸c ®îc a thÝch h¬n c¶ cã chøc n¨ng quan träng lµ gi¶m bít c¸c gèc axetyl peroxit. O . O CH3 - C-OO O + Mn2+ CH3 - C-OOO + Mn3+ (25) CH3 - C-H + Mn3+ CH3 - C-OO + Mn2+ (26) . 11 Ph¶n øng (25) trî gióp ph¶n øng (22) trong viÖc triÖt ®Ó nång ®é gèc axetylperoxit. Ion Mn(III) sinh ra trong ph¶n øng (25) cã thÓ thùc hiÖn chøc n¨ng cña gèc axetylperoxit trong ph¶n øng (22) (thÓ hiÖn ë ph¬ng tr×nh 26) nhng kh«ng gãp phÇn lµm gi¶m hiÖu qu¶ ph¶n øng (24). Mangan thËm chÝ cßn lµm t¨ng rÊt tèt tèc ®é cña ph¶n øng gi÷a axit peraxetic vµ axetaldehyt ®Ó t¹o thµnh axit axetic. Ph¶n øng khi cã mÆt mangan tríc tiªn cÇn chó ý tíi peraxit, aldehyt vµ mangan. Tèc ®é nµy cao h¬n nhiÒu so víi tèc ®é t¹o thµnh AMP kh«ng cã xóc t¸c, do ®ã mangan cã thÓ xóc t¸c sù t¹o thµnh AMP vµ ph©n huû AMP. NhiÒu kh¶ n¨ng mangan cã thÓ xóc tiÕn mét c¬ chÕ kh¸c kh«ng cÇn AMP (kh«ng ph¸t hiÖn thÊy AMP trong qu¸ tr×nh oxy ho¸ cã xóc t¸c mangan). §ång cã thÓ cã t¸c dông t¬ng hç víi xóc t¸c mangan. Mét vµi khÝa c¹nh phñ ®Þnh ®Æc tÝnh xóc t¸c tèt cña mangan ®· nªu ë trªn. VÊn ®Ò chñ yÕu ë ®Çy lµ tèc ®é ph¶n øng t¨ng rÊt lín. Mét phÇn cña lÝ do nµy cã thÓ do mangan t¹o ra trung t©m ph¶n øng m¬Ý hoÆc t¸c nh©n kh¬i mµo chuçi (ion Mn3+) b»ng ph¶n øng víi axit peraxetic: O O CH3 - C -OOH + 2 Mn2+ CH3 - C -OO- + 2 Mn2+ + OH - + Mn3+ KÕt qu¶ lµ tèc ®é ph¶n øng t¨ng rÊt cao lµm cho vÊn ®Ò thiÕu oxy trë nªn nghiªm träng, nång ®é gèc tù do ë tr¹ng th¸i dõng t¨ng lªn vµ Ýt nhÊt kh«i phôc mét phÇn tham gia cña ph¶n øng (24). §Æc biÖt lµ ®èi víi c¸c andehyt cao h¬n nhng kh«ng ph¶i lu«n ®óng cho mét sè ph¹m vi nµo ®ã cña axetaldehyt. Tuy nhiªn, ion Cu2+ cã thÓ oxy ho¸ gèc axetyl rÊt nhanh: O O . CH3 - C + Cu 2+ CH3 - C+ + Cu+ Ion axetyl cã thÓ ph¶n øng nh sau: O O CH3 - C+ CH3 - C -OH + H + O O H2O CH3 - C -OH ROH O CH3 - C -O - O - C - CH3 O + H+ CH3 - C -OR + H+ NhiÒu lo¹i xóc t¸c ®· ®îc ®Ò cËp, trong ®ã Co ®îc dïng thêng xuyªn nhng dêng nh cã h¬i kÐm h¬n Mn. Mét vµi t¸c ®éng cña Co kh«ng xuÊt hiÖn ®Ó cã thÓ hiÓu dÔ dµng. Hçn hîp Co vµ Mn rÊt thÝch hîp khi yªu cÇu s¶n xuÊt lîng lín anhydrit 12 II.3 C¸c yÕu tè ¶nh hëng ®Õn qu¸ tr×nh II.3.1 Nguyên liệu đầu  Axetaldehyt Do axetaldehyt dÔ bÞ biÕn ®æi thµnh paradehyt, khi b¶o qu¶n mét lîng nhá axetaldehyt còng bÞ biÕn ®æi. Do ®ã lµm cho s¶n phÈm cña qu¸ tr×nh kh«ng tinh khiÕt, cã lÉn nhiÒu t¹p chÊt, g©y khã kh¨n cho viÖc tinh chÕ vµ lµm s¹ch s¶n phÈm.Cïng mét ®iÒu kiÖn oxy ho¸ vµ xóc t¸c axetaldehyt cã thÓ bÞ biÕn ®æi thµnh nhiÒu s¶n phÈm kh¸c nhau: CH3CHO + 0,5 O2  2CH3CHO + 3/2O2  3CH3CHO + CH3COOH CH3COOCH3 + H2O + CO2 O2  CH3CH(OCOCH3)2 + H2O CH3CHO + 2O2  HCOOH + H2O + CO2 CH3CHO + 5/2O2  2CO2 + 2H2O Kh¾c phôc c¸c hiÖn tîng nµy b»ng c¸ch khèng chÕ nghiªm ngÆt chÕ ®é oxy ho¸, dïng xóc t¸c thÝch hîp vµ sö dông axetaldehyt >99%, kh«ng qu¸ 1%paraldehyt. Hµm lîng cña axetaldehyt cã ¶nh hëng lín ®Õn sù t¹o thµnh axit peraxetic, nÕu hµm lîng axetaldehyt trong thiÕt bÞ oxy ho¸ t¨ng lªn qu¸ møc th× lîng peraxit t¹o thµnh gi¶m xuèng. Cßn nÕu gi¶m hµm lîng axetaldehyt th× lµm t¨ng lîng peraxit trong vïng ph¶n øng v× giai ®o¹n 1 t¹o peraxit nhanh h¬n giai ®o¹n 2, ®iÒu nµy dÉn ®Õn sù tÝch tô axit peraxetic sÏ kh«ng cã lîi cho qu¸ tr×nh vµ dÔ g©y næ. V× vËy cÇn ph¶i khèng chÕ hµm lîng axetaldehyt thÝch hîp khi cho vµo.  Oxy VËn tèc oxy ho¸ kh«ng phô thuéc vµo nång ®é oxy mµ chØ phô thuéc vµo tèc ®é hoµ tan khÝ O2 vµo khèi láng II.3.2 Xóc t¸c Vai trß cña xóc t¸c sö dông cho qu¸ tr×nh oxy ho¸ axetaldehyt lµ lµm t¨ng tèc ®é ph¶n øng vµ híng ph¶n øng theo chiÒu t¹o s¶n phÈm chÝnh vµ ®¶m b¶o sù tr¶i qua cña tÊt c¶ c¸c giai ®o¹n víi tèc ®é nh nhau. C¸c xóc t¸c nh axetat cña s¾t, ®ång, coban ®Òu lµm t¨ng sù oxy ho¸ axetaldehyt thµnh axit peraxetic, nhng lµm chËm tèc ®é cña giai ®o¹n t¹o thµnh anhydric axetic do ®ã mét khèi lîng axit peraxetic tÝch tô l¹i trong thiÕt bÞ ph¶n øng g©y næ. MÆt kh¸c khi sö dông hçn hîp axetat cña ®ång – coban lµm xóc t¸c vµ tiÕn hµnh trong m«i trêng cã dung m«i lµ etyl axetat th× cã thÓ nhËn ®îc axit axetic cïng víi anhydrit axetic, vµ hiÖu suÊt anhydrit axetic lín h¬n do etyl axetat cã kh¶ n¨ng t¹o hçn hîp ®¼ng phÝ víi n íc, lµm t¸ch níc ra khái qu¸ tr×nh. §iÒu nµy chøng tá hiÖu suÊt cña s¶n phÈm chÝnh phô thuéc vµo b¶n chÊt cña xóc t¸c. 13 Xóc t¸c tèt nhÊt cho qu¸ tr×nh lµ axetat mangan cho hiÖu suÊt s¶n phÈm chÝnh cao, kh¾c phôc ®îc nhîc ®iÓm cña c¸c xóc t¸c ®· kÓ trªn, cã kh¶ n¨ng t¸i sinh axit peraxetic. §Æc biÖt lµ hçn hîp xóc t¸c cña axetat mangan-coban cã ho¹t tÝnh vµ ®é chän läc cao do cã sù tæ hîp t¬ng trî lÉn nhau. Hµm lîng xóc t¸c cã mÆt trong khèi lîng cã ¶nh hëng ®Õn vËn tèc oxy ho¸. Khi t¨ng nång ®é xóc t¸c th× tèc ®é ph¶n øng kh«ng t¨ng hoÆc t¨ng rÊt chËm. Giíi h¹n ®· ®Þnh lµ 0,05 ®Õn 0,1% träng lîng. II.3.3 NhiÖt ®é YÕu tè quan träng ¶nh hëng ®Õn nhiÒu qu¸ tr×nh oxy ho¸ axetaldehyt chÝnh lµ nhiÖt ®é. T¨ng nhiÖt ®é sÏ thóc ®Èy ®îc c¸c giai ®o¹n ph¶n øng, ®Æc biÖt lµ ph¶n øng ph©n huû axit peraxetic. Qu¸ tr×nh oxy ho¸ pha láng axetaldehyt thêng ®îc tiÕn hµnh trong kho¶ng nhiÖt ®é 65  75oC. NhiÖt ®é rÊt thÊp h¬n sÏ dÉn tíi sù tÝch tô hîp chÊt peraxetic trong ph¶n øng vµ ph¸t sinh hiÖn tîng næ. NÕu nhiÖt ®é t¨ng tèc ®é ph¶n øng chÝnh song còng thóc ®Èy c¸c ph¶n øng phô, ®Æc biÖt lµ ph¶n øng oxy ho¸ hoµn toµn axetaldehyt. ViÖc t¨ng nhiÖt ®é còng g©y nguy hiÓm v× h¬i axetaldehyt bay lªn t¹o hçn hîp næ víi oxy trong giíi h¹n réng. Do ®ã viÖc t¨ng nhiÖt ®é l¹i ph¶i ®i kÌm víi viÖc t¨ng ¸p suÊt. §Ó duy tr× nhiÖt ®é trong thiÕt bÞ trong kho¶ng nh vËy ngêi ta ph¶i rót bít nhiÖt ph¶n øng b»ng c¸ch tiÕn hµnh oxy ho¸ trong thiÕt bÞ d¹ng th¸p trong ®ã ®Æt c¸c èng xo¾n lµm l¹nh. II.3.4 áp suất Ap suÊt Ýt ¶nh hëng ®Õn qu¸ tr×nh. Nhng trong thùc tÕ tÕ ngêi ta thùc hiÖn qu¸ tr×nh ë ¸p suÊt 3  4 at, ®ã lµ ®iÒu kiÖn cÇn thiÕt ®Ó gi÷ axetaldehyt trong dung dÞch ë nhiÖt ®é ph¶n øng do axetaldehyt lµ chÊt láng rÊt dÔ bay h¬i mµ ®iÒu kiÖn lµm viÖc ®ßi hái ph¶i tiÕn hµnh trong pha láng nªn ®Ó gi÷ cho axetaldehyt ë tr¹ng th¸i láng t¹i nhiÖt ®é ph¶n øng (60  70oC). NÕu sö dông ¸p suÊt cao qu¸ th× sÏ g©y tèn kÐm cho viÖc chÕ t¹o thiÕt bÞ. II.3.5 Lîng níc Lîng níc trong thiÕt bÞ ph¶n øng cã ¶nh hëng tíi hiÖu suÊt thu s¶n phÈm. Khi lîng níc gi¶m th× dÉn ®Õn t¨ng sù t¹o thµnh s¶n phÈm phô anhydrit axetic ®ång thêi hiÖu suÊt s¶n phÈm chÝnh gi¶m do vËn tèc cña phản ứng thuû ph©n anhydrit axetic gi¶m. Khi lîng níc t¨ng th× hµm lîng axit peraxetic t¨ng vµ hiÖu suÊt s¶n phÈm chÝnh t¨ng, tuy nhiªn nÕu lîng nîc t¨ng qu¸ tr×nh sÏ lµm pha lo·ng s¶n phÈm, g©y khã kh¨n cho qu¸ tr×nh tinh chÕ sau nµy. Phần B: Thiết kế quá trình sản xuất acid acetic bằng phương pháp oxy hoá acetaldehyt với năng suất 100.000 tấn/năm 14 I. Công nghệ của quá trình. D©y chuyÒn s¶n xuÊt axit axetic thùc hiÖn c¸c c«ng ®o¹n sau: - Oxy ho¸ axetaldehyt - Tinh cÊt s¶n phÈm th« - Lo¹i c¸c t¹p chÊt ra khái s¶n phÈm I.1 Giai ®o¹n oxy ho¸ axetaldehyt Giai ®o¹n nµy tiÕn hµnh trong thiÕt bÞ oxy hãa, ngµy tríc ®Ó oxy ho¸ axetaldehyt ngêi ta sö dông thiÕt bi lµm viÖc gi¸n ®o¹n. Ngµy nay do yªu cÇu n¨ng suÊt lín ngêi ta ®· chÕ t¹o thiÕt bÞ lµm viÖc liªn tôc, n¨ng suÊt cã thÓ ®¹t tíi 20 – 30 tÊn trong mét ngµy ®ªm. Cã hai lo¹i th¸p, tuy nhiªn thiÕt bÞ dïng phæ biÕn hiÖn nay lµ th¸p kiÓu sñi bät, lo¹i nµy ®¬n gi¶n vµ thÝch hîp cho ph¶n øng khÝ –láng. Axit axetic dïng lµm m«i trêng trong ®ã x¶y ra sù oxy ho¸. Th¸p chøa dung dÞch ph¶n øng, khÝ cho vµo phÇn nhiÒu ë ®¸y th¸p qua bé phËn t¹o thµnh bät nhá ph©n bè ®Òu kh¾p tiÕt diÖn cña th¸p, phÇn ®Ønh th¸p cã ®êng kÝnh lín h¬n ®Ó gi¶m vËn tèc khÝ. PhÇn díi cña thiÕt bÞ cã ®êng kÝnh 1m, cã chiÒu cao kho¶ng 12m chia lµm 5 ®o¹n, trong tõng ®o¹n cã ®Æt èng xo¾n ruét gµ lµm b»ng nh«m, cho níc l¹nh tuÇn hoµn rót nhiÖt ph¶n øng (tæng bÒ mÆt truyÒn nhiÖt 200m2). C¸c èng xo¾n nµy cßn cã t¸c dông nh ®Öm lµm t¨ng bÒ mÆt tiÕp xóc gi÷a axetaldehyt vµ oxy §Ó cã thÓ ®iÒu chØnh qu¸ tr×nh oxy ho¸ dÔ dµng ngêi ta cho oxy vµo tõng ®o¹n th¸p trõ hai ®o¹n ®Çu. Muèn cho qu¸ tr×nh oxy ho¸ x¶y ra b×nh thêng, cÇn ph¶i khèng chÕ chÝnh x¸c lîng axetaldehyt, axit axetic, oxy, xóc t¸c, khèng chÕ nghiªm kh¾c nhiÖt ®é cña qu¸ tr×nh, ®Ó tr¸nh næ ë ®o¹n trªn thêng xuyªn cho oxy vµo. NhiÖt ®é cã thÓ duy tr× ë 60 -70 0C ë mçi ®o¹n vµ theo chiÒu cao th¸p, mçi ®o¹n cã líi ng¨n ®Ó ®ång thÓ ho¸ pha láng tr¸nh hiÖn tîng qu¸ nhiÖt côc bé vµ c¸c ph¶n øng phô t¹o s¶n phÈm kh«ng mong muèn. Cïng víi axetaldehyt vµo cßn cã c¶ xóc t¸c sao cho hµm lîng kho¶ng 0,075%, lu lîng oxy vµo kho¶ng 270 m3/h ë ¸p suÊt 4 at S¶n phÈm láng lÊy ra ë phÇn më réng, hçn hîp khÝ bao gåm CO 2, N2, O2 vµ mét phÇn axetaldehyt d t¸ch ra ë ®Ønh, h¬i chÊt láng do dßng khÝ mang ra ®îc ngng tô vµ quay trë l¹i thiÕt bÞ oxy ho¸. ¦u ®iÓm cña thiÕt bÞ sñi bät nµy lµ bÒ mÆt tiÕp xóc pha lín, líp láng ®îc khuÊy trén m¹nh. VËt liÖu chÕ t¹o th¸p kiÓu nµy cã thÓ dïng thÐp crom, niken molipden hoÆc c¸c lo¹i thÐp kh«ng gØ kh¸c. I.2 Giai ®o¹n chưng cÊt s¶n phÈm th« Môc ®Ých cña c«ng ®o¹n nµy lµ lo¹i c¸c s¶n phÈm kh«ng cÇn thiÕt ®Ó thu axit ®Æc dùa vµo tÝnh chÊt lý häc.Giai ®o¹n nµy tiÕn hµnh trong c¸c th¸p chng cÊt. Th¸p chng 1 t¸ch c¸c cÊu tö dÔ bay h¬i, cã nhiÖt ®é s«i thÊp h¬n axit axetic nh: axit formic, axetaldehyt, metyl axetat. Th¸p chng 2 cã nhiÖm vô t¸ch axit axetic ra khái s¶n phÈm nÆng cã nhiÖt ®é s«i cao h¬n nh: axetat mangan, etyl®iaxetat, c¸c s¶n phÈm nhùa. I.3 Giai ®o¹n lµm s¹ch axit axetic 15 MÆc dï ®· qua hai th¸p chng cÊt ®Ó lo¹i s¶n phÈm phô kh«ng mong muèn tuy vËy vÉn cha t¸ch ®îc triÖt ®Ó, trong s¶n phÈm cßn cã thÓ cã nhiÒu t¹p chÊt kh¸c víi hµm lîng nhá. V× vËy ®Ó thu ®îc axit axetic cã ®é tinh khiÕt cao ngêi ta tiÕn hµnh qu¸ tr×nh oxy ho¸ ®Ó lµm s¹ch. ChÊt oxy ho¸ thêng dïng ®Ó lµm s¹ch axit axetic lµ KMnO 4. NÕu dïng KMnO4 d cã thÓ mÊt m¸t mét lîng axit axetic theo ph¶n øng: 2KMnO4 + 6CH3COOH 2Mn(OCOCH3)2 + 2CH3COOK +3H2O +5/2O2 Trong dung dÞch chøa H2SO4, KMnO4 oxy ho¸ HCOOH t¹o thµnh CO2: KMnO4+ HCOOH  5CO2 +8H2O + 2HCOOK + 2(HCOO)2Mn II. Thiết bị oxi hoá Sốố liệu ban đầầu: N¨ng suÊt cña ph©n xëng s¶n xuÊt : 100.000 TÊn /n¨m Nguyªn liÖu ban ®Çu : Axetaldehyt : Paraldehyt 99,3 % träng lîng : 0,2 % träng lîng Axit axetic : 0,25 % träng lîng Níc : 0,25 % träng lîng HiÖu suÊt chung cña qu¸ tr×nh : Tæn thÊt axit axetic : Thµnh phÇn cña xóc t¸c láng : 98 % 2% Axetat mangan : 6 % träng lîng Axit axetic : 70 % träng lîng Níc : 24 % träng lîng II.1. Tính toán cân bằng vật chất II.1.1. TÝnh thêi gian lµm viÖc cña thiÕt bÞ Chän thiÕt bÞ chÝnh lµ thiÕt bÞ oxy ho¸ kiÓu sñi bät lµm viÖc liªn tôc kh«ng nghØ ngµy lÔ vµ chñ nhËt. ThiÕt bÞ chØ nghØ lµm viÖc khi cÇn ph¶i söa ch÷a. Thêi gian lµm viÖc ®îc tÝnh theo c«ng thøc : Ttt = T - Tngh 16 Trong ®ã: Ttt : lµ sè ngµy thùc tÕ lµm viÖc cña thiÕt bÞ trong n¨m. T : lµ tæng sè ngµy lµm viÖc trong n¨m ( 365 ngµy). Tngh: lµ thêi gian nghÜ ®Ó kiÓm tra, duy tu, söa ch÷a vµ b¶o dìng thiÕt bÞ. Trong mét n¨m cã 365 ngµy th× dµnh: + 15 ngµy cho viÖc kiÓm tra, söa ch÷a nhá. + 20 ngµy cho c«ng t¸c duy tu, b¶o dìng, thay thÕ vµ söa ch÷a lín. Sè ngµy lµm viÖc trong mét n¨m lµ: 365 - (15 + 20) = 330 ngµy. VËy sè giê lµm viÖc trong mét n¨m lµ 330 ¿ 24 = 7920 giê. II.1.2. TÝnh tiªu hao nguyªn liÖu Lîng axit axetic mµ thiÕt bÞ s¶n xuÊt trong mét giê lµ: 100000 x 1000 7920 = 12626.263 kg/h Tuy nhiªn, do tæn thÊt axit axetic lµ 2% nªn n¨ng suÊt thùc tÕ cña thiÕt bÞ oxy ho¸ ph¶i lµ: 12626.263 ¿ (1 + 0,02) = 12878.79 kg/h Khi tiÕn hµnh oxy ho¸ axetaldehyt sÏ x¶y ra c¸c ph¶n øng sau: CH3CHO + 1/2O2 2CH3CHO + 3/2O2 3CH3CHO + O2 ⃗ ⃗ ⃗ CH3COOH (1) CH3COOCH3 + CO2 + H2O (2) CH3CH(OCOCH3)2 + H2O (3) 17 ⃗ CH3CHO + 2O2 HCOOH + CO2 + H2O (4) 4CO2 + 4H2O (5) ⃗ 2CH3CHO + 5O2 Theo ph¶n øng (1) ta tÝnh ®îc lîng axetaldehyt cÇn thiÕt ®Ó t¹o thµnh 12878.79 kg axit axetic trong mét giê lµ : 12878.79 × 44 =¿ 9444.446 kg/h 60 Tuy nhiªn, do nguyªn liÖu chøa 99,3% axetaldehyt vµ hiÖu suÊt chung cña qu¸ tr×nh lµ 98% nªn tæng lîng axetaldehyt kü thuËt cÇn ®a vµo thiÕt bÞ lµ : 9444.446 0.993× 0.98 = 9705.13 kg/h VËy thµnh phÇn cña nguyªn liÖu ®Çu lµ: Axetaldehyt : 9705,13 Paraldehyt : 9705.13 Axit axetic : 9705.13 Níc : 9705.13 ¿ ¿ ¿ ¿ 0,993 = 9637.19 (kg/h) 0,002 = 19.41 (kg/h) 0,0025 = 24.26 (kg/h) 0,0025 = 24.26 (kg/h) II.1.3 Lîng axetaldehyt ®· chuyÓn hãa Phản ứng (1) axetaldehyt đã chuyển hãa hết 98% trọng lượng.Còn lại 2% có thể đã chuyển hóa theo các phản ứng như sau: + Vậy lượng axetaldehyt đã chuyển hóa theo phản ứng (1) là: 9444.446 kg/h +Phản ứng (2):0,5% Vậy lượng axetaldehyt đã chuyển hãa lµ: 9637.19 ¿ 0,005 =48.19 (kg/h) +Phản ứng (3):0,35% 18 Vậy lượng axetaldehyt đã chuyển hoá là: 9637.19 ¿ 0,0035 = 33.73 (kg/h) +Phản ứng (4):0,075% Vậy lượng axetaldehyt đã chuyển hóa là: 9637.19 ¿ 0,00075 =7.228 (kg/h) +Phản ứng (5):0,075% Vậy lượng axetaldehyt đã chuyển hãa là: 963718,8 ¿ 0,00075 =7.228 (kg/h) +Cßn l¹i 1% cha ph¶n øng : ¿ Lượng axetaldehyt chưa phản ứng: 9637.19 0,01=96.3719 (kg/h) Trong ®ã gi¶ thiÕt 50% lîng axetaldehyt t¸ch theo pha h¬i ,cßn l¹i 50% lu l¹i trong pha láng. CH3CHOdư (l): 0.5 CH3CHOdư (h): 0.5 ¿ ¿ 96.3719 = 48.18595 (kg/h). 96.3719 = 48.18595 (kg/h). II.1.4 TÝnh lîng xóc t¸c láng ®a vµo Trong c«ng nghÖ oxy ho¸ axetaldehyt xóc t¸c axetat mangan thêng dïng 0,05- 0,1% so víi nguyªn liÖu. VËy ta chän xóc t¸c axetat mangan so víi nguyªn liÖu lµ 0,08% (träng lîng). Gäi lîng xóc t¸c láng ®a vµo thiÕt bÞ oxy ho¸ lµ X (Kg/h) th× lîng axetat mangan trong ®ã lµ 0,06.X (Kg/h ). Tæng lîng dung dÞch oxy ho¸ ( gåm hçn hîp axetaldehyt kü thuËt vµ xóc t¸c láng ) lµ: 9705.13 + X ( kg/h ) Tõ ®ã, ta cã ph¬ng tr×nh : 0,06.X = 0,0008.( 9705.13 + X) Suy ra X = 131.15 (kg/h ) VËy thµnh phÇn xóc t¸c gåm: Axetat mangan : 131.15 ¿ 0,06 = 7.869 (kg/h) 19 Axit Axetic Níc : 131.15 : 131.15 ¿ 0,7 = 91.805 (kg/h) ¿ 0,24 = 31.476 (kg/h) II.1.5 TÝnh lîng oxy cÇn thiÕt ®a vµo thiÕt bÞ Lîng oxy kü thuËt cÇn thiÕt ®a vµo thiÕt bÞ b»ng tæng lîng oxy tham gia vµo c¸c ph¶n øng oxy hãa (6 ph¶n øng). Lîng oxy dïng cho ph¶n øng (1) lµ: 9444.446× 32× 0,5 44 48.19 x 32 x 1,5 44 x 2 Lưîng oxy ph¶n øng (2) : = 3434.344 (kg/h) = 26.285 (kg/h) Lưîng oxy cña ph¶n øng (3): 33.73 x 32 44 x 3 Lưîng oxy cña ph¶n øng (4): 72.28 x 32 x 2 44 = 105.135 (kg/h) Lưîng oxy cña ph¶n øng (5): 72.28 x 32 x 5 44 x 2 = 131.418 (kg/h) → = 8.177 (kg/h) Tæng luîng oxy cÇn lµ: 3434.344 +26.285 + 8.177 + 105.135 + 131.418 = 3705.359 (kg/h) * Gi¶ sö oxy dïng trong qu¸ tr×nh oxy hãa lµ oxy kü thuËt cã ®é tinh khiÕt 99 % vµ ®é chuyÓn hãa lµ 98%. VËy lưîng oxy kü thuËt dïng trong cho qu¸ tr×nh lµ: 3705.359 0.99 x 0.98 ⇒ = 3819.17 (kg/h) Thµnh phÇn cña oxy kü thuËt lµ: O2 : 3819.17 N2 : 3819.17 ¿ ¿ 0,99 = 3780.98 (kg/h) 0,01 = 38.1917 (kg/h) 20