Tài liệu đồ án môn học phân xưởng sản xuất formalin xúc tác ag

Đồồ án mồn học phân xưởng sản xuâất formalin xúc tác Ag Môc Lôc Trang Lêi c¶m ¬n PhÇn më ®Çu...................................................................................................3 Chương 1. Tæng quan lý thuyÕt...................................................................5 1.1 Nguyªn liÖu cña qu¸ tr×nh s¶n xuÊt formalin......................................5 1.1.1. Giíi thiÖu chung .........................................................................5 1.1.2. TÝnh chÊt vËt lý............................................................................5 1.1.3.TÝnh chÊt ho¸ häc.........................................................................7 1.1.4. C¸c ph¬ng ph¸p s¶n xuÊt methanol............................................8 1.1.5. Mét sè øng dông cña methanol..................................................9 1.1.6. Tiªu chuÈn vÒ nguyªn liÖu methanol ®Ó s¶n xuÊt formalin......11 1.2. TÝnh chÊt vµ øng dông cña s¶n phÈm formandehyde...................12 1.2.1. TÝnh chÊt vËt lý.........................................................................12 1.2.2. TÝnh chÊt ho¸ häc.....................................................................17 1.2.2.1.Ph¶n øng ph©n huû ................................................................17 1.2.2.2. Ph¶n øng oxy ho¸...................................................................18 1.2.2.3. Ph¶n øng gi÷a c¸c ph©n tö formandehyde............................18 1.2.3. ChØ tiªu formalin th¬ng phÈm...................................................19 1.2.4. Mét sè øng dông cña s¶n phÈm formalin................................20 1.3. C¸c ph¬ng ph¸p s¶n xuÊt formandehyde..........................................21 1.3.1. Giíi thiÖu mét sè qu¸ tr×nh.......................................................21 1.3.2. Qu¸ tr×nh s¶n xuÊt formandehyde dïng xóc t¸c b¹c...............22 1.3.2.1.C«ng nghÖ chuyÓn ho¸ hoµn toµn methanol(c«ng nghÖ BASF) ........................ 24 1.3.2.2.C«ng nghÖ chuyÓn ho¸ kh«ng hoµn toµn methanol vµ chng thu håi methanol ...................................................................27 GVHD: Th.S Phan Thị Thùy Trang SVTH: Phan Thị Nhi Page 1 Đồồ án mồn học phân xưởng sản xuâất formalin xúc tác Ag 1.3.3. Qu¸ tr×nh s¶n xuÊt formandehyde dïng xóc t¸c oxit...............30 1.3.3.1. C«ng nghÖ s¶n xuÊt formalin theo qu¸ tr×nh Formox...........31 1.3.3.2. C«ng nghÖ s¶n xuÊt formalin cña viÖn Nov«xibiªc.............33 1.3.4. So s¸nh vÒ mÆt kinh tÕ cña qu¸ tr×nh s¶n xuÊt formandehyde 35 1.3.5. Lùa chän c«ng nghÖ..................................................................39 1.4. ThiÕt kÕ d©y chuyÒn s¶n xuÊt formandehyde ®i tõ methanol kü thuËt dïng xóc t¸c b¹c....................................41 1.4.1. D©y chuyÒn c«ng nghÖ..............................................................41 1.4.2. ThuyÕt minh d©y chuyÒn s¶n xuÊt............................................42 1.4.3. C¬ së cña qu¸ tr×nh s¶n xuÊt formandehyde dïng xóc t¸c b¹c43 1.4.3.1. C¸c ph¶n øng ........................................................................43 1.4.3.2. C¬ chÕ cña qu¸ tr×nh.............................................................44 1.4.4. C¸c yÕu tè ¶nh hëng cña qu¸ tr×nh...........................................46 1.4.5. ThiÕt bÞ ph¶n øng chÝnh............................................................47 Chương 2. TÝnh to¸n c«ng nghÖ................................................................48 2.1. TÝnh to¸n c«ng nghÖ.......................................................................48 2.1.1. C¸c sè liÖu ban ®Çu...................................................................48 2.1.2. TÝnh c©n b»ng vËt chÊt..............................................................49 2.1.2.1. N¨ng suÊt cña d©y chuyÒn.....................................................49 2.1.2.2.TÝnh thµnh phÇn khÝ th¶i.........................................................49 2.1.2.3. TÝnh to¸n cho c¸c ph¶n øng...................................................51 2.1.3. C©n b»ng vËt chÊt cho toµn ph©n xëng.....................................53 2.1.4. C©n b»ng vËt chÊt cho thiÕt bÞ ph¶n øng chÝnh .......................55 2.1.5. C©n b¨ng vËt chÊt cho thiÕt bÞ bay h¬i methanol.....................57 2.1.6. C©n b»ng vËt chÊt cho thiÕt bÞ hÊp thô s¶n phÈm.....................58 KÕt luËn Tµi liÖu tham kh¶o GVHD: Th.S Phan Thị Thùy Trang SVTH: Phan Thị Nhi Page 2 Đồồ án mồn học phân xưởng sản xuâất formalin xúc tác Ag DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT GVHD: Th.S Phan Thị Thùy Trang SVTH: Phan Thị Nhi Page 3 Đồồ án mồn học phân xưởng sản xuâất formalin xúc tác Ag DANH MỤC CÁC BẢNG GVHD: Th.S Phan Thị Thùy Trang SVTH: Phan Thị Nhi Page 4 Đồồ án mồn học phân xưởng sản xuâất formalin xúc tác Ag DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ GVHD: Th.S Phan Thị Thùy Trang SVTH: Phan Thị Nhi Page 5 Đồồ án mồn học phân xưởng sản xuâất formalin xúc tác Ag LỜI CẢM ƠN Qua đồ án này, e xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn Công nghệ kĩ thuật hóa học ,Khoa Hóa Học – Trường đại học Quy Nhơn và đặc biệt là cô Phan Thị Thùy Trang đã tận tình giúp em hoàn thành bản đồ án này GVHD: Th.S Phan Thị Thùy Trang SVTH: Phan Thị Nhi Page 6 Đồồ án mồn học phân xưởng sản xuâất formalin xúc tác Ag Tuy nhiên,do điều kiện thời gian cũng như tài liệu tham khảo còn hạn chế ,nội dung và phương pháp nghiên cứu hoàn toàn mới ,kiến thức chuyên môn và hiểu biết thực tiễn còn nhiều hạn chế nên chắc chắn đồ án không thể tránh khỏi thiếu sót . Em rất mong sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô và các bạn để đồ án ngày càng hoàn thiện hơn Em xin cảm ơn . Quy Nhơn,ngày 12 tháng 4 năm 2017 Sinh viên thực hiện Phan Thị Nhi PHÇN Më ®Çu ViÖt Nam ®ang trong thêi kú c«ng nghiÖp ho¸ hiÖn ®¹i ho¸, viÖc thóc ®Èy ph¸t triÓn c¸c ngµnh c«ng nghiÖp mòi nhän lµ nhiÖm vô rÊt quan träng vµ cÇn thiÕt. Trªn con ®êng ph¸t triÓn, níc ta ®· cã nh÷ng tiÕn bé vÒ kinh tÕ còng nh khoa häc vµ kü thuËt. ThÕ nhng ®Õn b©y giê so víi thÕ giíi, nÒn c«ng GVHD: Th.S Phan Thị Thùy Trang SVTH: Phan Thị Nhi Page 7 Đồồ án mồn học phân xưởng sản xuâất formalin xúc tác Ag nghiÖp cña chóng ta vÉn lµ mét nÒn c«ng nghiÖp non trÎ. HÇu hÕt nh÷ng s¶n phÈm c«ng nghiÖp quan träng, chóng ta ®Òu ph¶i nhËp khÈu tõ níc ngoµi. Nhu cÇu cÊp b¸ch vÒ c¸c s¶n phÈm cña läc ho¸ dÇu ngµy cµng t¨ng khi nÒn c«ng nghiÖp ngµy cµng ph¸t triÓn. Bëi v× c¸c s¶n phÈm läc ho¸ dÇu kh«ng chØ lµ nguån nhiªn liÖu chÝnh cho c¸c thiÕt bÞ m¸y mãc mµ cßn lµ nguån nguyªn liÖu hµng ®Çu quan träng cho nhiÒu ngµnh c«ng nghiÖp kh¸c. Formandehyde lµ mét hîp chÊt cã mÆt trong tù nhiªn vµ h×nh thµnh tõ c¸c hîp chÊt h÷u c¬ b»ng qu¸ tr×nh quang ho¸ trong khÝ quyÓn kÕt hîp víi sù sèng trªn tr¸i ®Êt. Nã h×nh thµnh ë ®é c« ®Æc thÊp vµ cã thÓ ®o ®îc. Nã cã mïi rÊt khã chÞu mÆc dï nång ®é thÊp 0,5%1%. Formandehyde còng ®îc t¹o thµnh tõ c¸c hîp chÊt h÷u c¬ trong qu¸ tr×nh ch¸y kh«ng hoµn toµn. V× thÕ mµ formandehyde ®îc t×m thÊy trong khi ch¸y cña ®éng c¬ xe, nhiÖt nhµ m¸y, khÝ ®èt vµ ngay c¶ trong khãi thuèc l¸ . Formandehyde lµ mét ho¸ chÊt ho¸ häc c«ng nghiÖp quan träng vµ ®îc dïng trong c¸c qu¸ tr×nh s¶n xÊt cña rÊt nhiÒu ngµnh c«ng nghiÖp. HiÖn nay cã trªn 50 ngµnh c«ng nghiÖp sö dông formandehyde. Formandehyde còng lµ mét trong nh÷ng hîp chÊt h÷u c¬ quan träng ®Ó cung cÊp cho c¸c ngµnh s¶n xuÊt c«ng nghiÖp vµ tiªu dïng, ë d¹ng thêng formandehyde hoµ tan trong níc ë d¹ng dung dÞch nång ®é (37%  45%) ®îc gäi lµ formalin. §©y lµ mét trong nh÷ng b¸n thµnh phÈm quan träng cho ngµnh tæng hîp h÷u c¬ vµ nhiÒu ngµnh kh¸c nh : ngµnh y tÕ dïng ®Ó íp x¸c, tÈy mïi, ngµnh thùc phÈm ®Ó tr¸nh thiu thèi, thuéc gia trong c«ng nghÖ thuéc gia giÇy ... Hµng n¨m ë níc ta ph¶i nhËp khÈu formalin ®Ó s¶n xuÊt c¸c vËt liÖu polime, vËt liÖu c¸ch ®iÖn, c¸ch nhiÖt, chÊt m¹ kim loaÞ, chÊt phô trî cho c«ng nghiÖp dÖt, chÊt s¸t trïng trong ch¨n nu«i ... Do ®ã viÖc nghiªn cøu thiÕt kÕ ph©n xëng s¶n xuÊt formalin lµ rÊt cÇn thiÕt nh»m ®¸p øng nhu cÇu sö dông trong níc vµ gi¶m thiÓu chi phÝ nhËp khÈu tõ níc ngoµi. Víi ®å ¸n thiÕt kÕ ph©n xëng s¶n xuÊt formalin tõ methanol trªn xóc t¸c Ag n¨ng suÊt 10.000 (tÊn/n¨m) nµy t«i hy väng sÏ bæ sung thªm c¸c kiÕn thøc ®Ó cã thÓ gãp phÇn nhá bÐ vµo c«ng cuéc x©y dùng ®Êt níc ngµy cµng giµu m¹nh. GVHD: Th.S Phan Thị Thùy Trang SVTH: Phan Thị Nhi Page 8 Đồồ án mồn học phân xưởng sản xuâất formalin xúc tác Ag Xin tr©n träng göi lêi c¶m ¬n ch©n thµnh ®Õn c¸c thÇy, c« gi¸o trong bé m«n c«ng nghÖ H÷u C¬ - Ho¸ DÇu, trêng ®¹i häc Quy Nhơn . ®Æc biÖt lµ lêi c¶m ¬n ®Õn Th.S. Phan Thị Thùy Trang ®· tËn t×nh híng dÉn cho t«i hoµn thµnh ®å ¸n nµy. GVHD: Th.S Phan Thị Thùy Trang SVTH: Phan Thị Nhi Page 9 Đồồ án mồn học phân xưởng sản xuâất formalin xúc tác Ag CHƯƠNG 1. Tæng quan lý thuyÕt 1.1. nguyªn liÖu cña qu¸ tr×nh s¶n xuÊt formalin 1.1.1. giíi thiÖu chung Methanol cßn gäi lµ metyl alcol hoÆc rîu gç, cã c«ng thøc lµ CH3OH, khèi lîng ph©n tö 32,024. N¨m 1661 lÇn ®Çu tiªn Robert Boyle ®· thu ®îc methanol sau khi cÊt giÊm gç b»ng s÷a v«i. Sau ®ã vµo n¨m 1857, Berthelot còng ®· tæng hîp ®îc methanol b»ng c¸ch xµ phßng ho¸ metyl cloride. Trong kho¶ng tõ n¨m 1830 tíi 1923, chØ cã nguån quan träng nhÊt ®Ó s¶n xuÊt methanol lµ tõ giÊm gç thu ®îc khi chng kh« gç. Tíi ®Çu nh÷ng n¨m 1923, methanol ®· ®îc s¶n xuÊt b»ng ph¬ng ph¸p tæng hîp tõ CO vµ H2. §Õn ®Çu nh÷ng n¨m 1920, M.PIER vµ c¸c ®ång nghiÖp h·ng BASF dùa trªn sù ph¸t triÓn cña hÖ xóc t¸c ZnO - Cr 2O3 ®· tiÕn mét bíc ®¸ng kÓ trong viÖc s¶n xuÊt Methanol víi quy m« lín trong c«ng nghiÖp. Vµo cuèi n¨m 1923 qu¸ tr×nh nµy ®îc thùc hiÖn ë ¸p suÊt cao (25 MPa  35 MPa, To =3200C  4500C) chóng ®îc sö dông trong c«ng nghiÖp s¶n xuÊt Methanol h¬n 40 n¨m. Tuy nhiªn vµo ®Çu nh÷ng n¨m 1960, ICI ®· ph¸t triÓn mét híng tæng hîp methanol ë ¸p suÊt thÊp (510 MPa, T0 = 2000C3000C) trªn xóc t¸c CuO víi ®é chän läc cao. HiÖn nay methanol ®îc s¶n xuÊt nhiÒu h¬n trªn thÕ giíi b»ng ph¬ng ph¸p tæng hîp ¸p suÊt thÊp cßn ph¬ng ph¸p chng tõ giÊm gç chØ chiÕm kho¶ng 0,003% tæng lîng methanol s¶n xuÊt ®îc. Methanol lµ mét trong nh÷ng nguyªn liÖu quan träng nhÊt trong c«ng nghiÖp ho¸ häc, 85% methanol ®îc dïng lµm nguyªn liÖu hoÆc dung m«i cho qu¸ tr×nh tæng hîp c«ng nghiÖp ho¸ häc. PhÇn cßn l¹i ®îc dïng trong lÜnh vùc n¨ng lîng lµm nhiªn liÖu. 1.1.2. tÝnh chÊt vËt lý Methanol lµ chÊt láng kh«ng mµu, trung tÝnh, cã tÝnh ph©n cùc, cã mïi nhÑ t¹i nhiÖt ®é thêng. V× ph©n cùc nªn methanol cã thÓ tan trong níc, benzen, rîu, este vµ hÇu hÕt c¸c dung m«i h÷u c¬. Methanol cã kh¶ n¨ng hoµ tan nhiÒu lo¹i nhùa nhng Ýt tan trong chÊt bÐo vµ dÇu. Methanol dÔ t¹o hçn hîp ch¸y næ víi kh«ng khÝ, rÊt ®éc cho søc khoÎ con ngêi, víi lîng 10 ml trë lªn cã thÓ g©y tö vong. B¶ng 1: M«t sè h»ng sè vËt lý quan träng cña Methanol GVHD: Th.S Phan Thị Thùy Trang SVTH: Phan Thị Nhi Page 10 Đồồ án mồn học phân xưởng sản xuâất formalin xúc tác Ag Tªn GVHD: Th.S Phan Thị Thùy Trang SVTH: Phan Thị Nhi Page 11 H»ng sè Đồồ án mồn học phân xưởng sản xuâất formalin xúc tác Ag NhiÖt ®é s«i(101,3 KPa) NhiÖt ®é ®ãng r¾n Tû träng chÊt láng (00C; 101,3KPa) Tû träng chÊt láng(250C ;101,3KPa) NhiÖt ®é bèc ch¸y ¸p suÊt tíi h¹n NhiÖt ®é tíi h¹n Tû träng tíi h¹n ThÓ tÝch tíi h¹n HÖ sè nÐn tíi h¹n NhiÖt ®é nãng ch¶y NhiÖt ho¸ h¬i NhiÖt dung riªng cña khÝ (250C;101,3KPa) NhiÖt dung riªng cña láng(250C ; 101,3KPa) §é nhít cña láng (250C) §é nhít cña khÝ (250C) HÖ sè dÉn ®iÖn (250C) Søc c¨ng bÒ mÆt trong kh«ng khÝ (250C) Entanpi tiªu chuÈn (khÝ 250C ; 101,3KPa) Entanpi tiªu chuÈn (láng250C ; 101,3KPa) Entropi tiªu chuÈn (khÝ 250C ; 101,3KPa) Entropi tiªu chuÈn (láng 250C ;101,3KPa) HÖ sè dÉn nhiÖt láng (250C) HÖ sè dÉn nhiÖt h¬i(250C) Giíi h¹n næ trong kh«ng khÝ 64,7 (0C) -97,8 (0C) 0,8100 (g/cm2) 0,78664 (g/cm2) 470 (0C) 8,097 (Mpa) 239,49 (0C) 0,2715 (g/cm3) 117,9 (cm3/mol) 0,224 100,3(KJ/kg) 1128(KJ/kg) 44,06(J.mol-1.K-1) 81,08(J.mol-1.K-1) 0,5513(MPas) 9,6.10-3(MPas) (2-7).10-9 (-1cm-1) 22,10 (MN/m) -200,94(KJ/mol) -238,91(KJ/mol) 239,88(J.mol-1.K-1) 127,27(J.mol-1K-1) 190,16(MW.m-1K-1) 14,07(MW.m-1.K-1) 5,5%  44%(nång ®é) 1.1.3. TÝnh chÊt ho¸ häc Methanol lµ hîp chÊt ®¬n gi¶n nhÊt trong d·y ®ång ®¼ng cña rîu no ®¬n chøc. Ho¹t tÝnh cña nã ®îc quy ®Þnh bëi chøc n¨ng cña nhãm hydroxyl. C¸c ph¶n øng cña methanol ®i theo híng ®øt liªn kÕt C-O hoÆc O-H vµ ®îc ®Æc trng bëi sù thay thÕ nguyªn tö -H hay nhãm -OH trong ph©n tö. Tuy nhiªn kh¸c víi c¸c rîu kh¸c trong d·y ®ång ®¼ng cña nã, methanol kh«ng thÓ cã ph¶n øng t¸ch lo¹i  cïng víi sù t¹o thµnh liªn kÕt béi. C¸c ph¶n øng ®Æc trng cña methanol nh sau: GVHD: Th.S Phan Thị Thùy Trang SVTH: Phan Thị Nhi Page 12 Đồồ án mồn học phân xưởng sản xuâất formalin xúc tác Ag 1.1.3.1. Ph¶n øng hydro ho¸. CH3OH + H2 ΔH CH4 + H2O + Q , =-159 (kJ/ mol). 1.1.3.2. Ph¶n øng t¸ch níc. 2CH3O t 0 , xt C2H4O + H2O (to : 140oC; xt : H2SO4 ®Æc). 1.1.3.3. Ph¶n øng «xi ho¸. Khi «xi ho¸ methanol trªn xóc t¸c kim lo¹i (Ag, Pt, Cu) hay xóc t¸c oxit (Fe, Mo) hoÆc hçn hîp oxit (V-Mo, Fe-Mo, Ti-Mo) trong ®iÒu kiÖn thÝch hîp ta thu ®îc formandehyde vµ c¸c s¶n phÈm phô: t 0 , xt CH3 OH + 1/2 O2 CH2 O + H2 O + Q , (KJ/mol). NÕu oxi ho¸ s©u h¬n sÏ t¹o ra axit formic: ΔH = -159 t 0 , xt CH3OH + O2 HCOOH + H2 O NÕu oxi ho¸ hoµn toµn thu ®îc CO2 vµ H2O: t 0 , xt CH3OH + O2 CH3OH + 3/2O2 CO + 2H2O t 0 xt CO2 + 2H2O 1.1.3.4. Ph¶n øng dehydro ho¸. CH3OH CH2O + H2 1.1.4. c¸c ph¬ng ph¸p s¶n xuÊt methanol 1.1.4.1. ph¬ng ph¸p chng kh« gç. Khi khoa häc kü thuËt cha ph¸t triÓn th× ®©y lµ ph¬ng ph¸p chÝnh ®Ó s¶n xuÊt methanol trong c«ng nghiÖp. 1.1.4.2. ph¬ng ph¸p s¶n xuÊt methanol tõ khÝ tæng hîp. GVHD: Th.S Phan Thị Thùy Trang SVTH: Phan Thị Nhi Page 13 Đồồ án mồn học phân xưởng sản xuâất formalin xúc tác Ag ®©y lµ mét trong nh÷ng ph¬ng ph¸p quan träng vµ phæ biÕn nhÊt hiÖn nay. Nã ®¸p øng ®îc tÝnh hiÖu qu¶ vÒ kinh tÕ. HÇu hÕt lîng methanol trªn thÕ giíi ®îc s¶n xuÊt b»ng ph¬ng ph¸p nµy. 1.1.4.3. ph¬ng ph¸p oxi ho¸ trùc tiÕp hydrocacbon. Ph¬ng ph¸p nµy tæng hîp methanol b»ng c¸ch oxi ho¸ trùc tiÕp metan b»ng kh«ng khÝ vµ cã mÆt cña xóc t¸c. tuy nhiªn do cã nhiÒu h¹n chÕ nªn ph¬ng ph¸p nµy kh«ng ®îc øng dông réng r·i. C¸c s¶n phÈm chñ yÕu t¹o thµnh tõ qu¸ tr×nh nµy lµ: methanol, formaldehit, acetaldehit, ©xeton vµ mét lîng nhá axit, rîu bËc cao, c¸c aandehit, axeton kh¸c. tû lÖ gi÷a c¸c s¶n phÈm ®îc x¸c ®Þnh bëi c¸c ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é, ¸p suÊt vµ b¶n chÊt cña nguyªn liÖu. 1.1.4.4. ph¬ng ph¸p tæng hîp Fischer-Tropsch. Ph¬ng ph¸p nµy ®îc t×m ra ë §øc vµo n¨m 1925. Methanol thu ®îc lµ s¶n phÈm phô cña qu¸ tr×nh nªn nã chØ chiÕm mét tû lÖ rÊt nhá so víi tæng s¶n lîng methanol trªn thÕ giíi. 1.1.4.5. ph¬ng ph¸p oxi ho¸ metan vµ sulfua trioxit. Ph¶n øng gi÷a metan vµ sulfua trioxit xÈy ra trong axit sulfuric láng ë nhiÖt ®é (1000C  4500C) vµ ¸p suÊt 1000 psi ®Ó thu ®îc c¸c dÉn xuÊt oxi ho¸ vµ sulfo ho¸ cña metan trong ®ã cã c¶ methanol. 1.1.4.6. ph¬ng ph¸p hydrat ho¸ dimetyl ete. Qu¸ tr×nh nµy cã thÓ thùc hiÖn díi t¸c dông cña xóc t¸c hçn hîp oxit kim lo¹i mang trªn ®Êt sÐt tù nhiªn. ph¬ng ph¸p nµy còng kh«ng ®îc øng dông nhiÒu trong c«ng nghiÖp s¶n xuÊt methanol. 1.1.5. Mét sè øng dông cña methanol Methanol lµ mét trong nh÷ng nguyªn liÖu vµ dung m«i quan träng nhÊt cho c«ng nghiÖp tæng hîp ho¸ häc. Methanol cßn ®îc coi lµ nhiªn liÖu lý tëng trong lÜnh vùc n¨ng lîng v× ch¸y hoµn toµn to¶ ra mét lîng nhiÖt lín vµ kh«ng g©y « nhiÔm. 1.1.5.1. Sö dông lµm nguyªn liÖu cho tæng hîp ho¸ häc. GVHD: Th.S Phan Thị Thùy Trang SVTH: Phan Thị Nhi Page 14 Đồồ án mồn học phân xưởng sản xuâất formalin xúc tác Ag Methanol trªn toµn thÕ giíi ®îc sö dông trong tæng hîp ho¸ häc ®Ó s¶n xuÊt c¸c hîp chÊt quan träng nh: formaldehyde, dimetyl terephtalat, MTBE, acid acetic ... Formaldehyde lµ s¶n phÈm quan träng nhÊt tæng hîp tõ methanol. Kho¶ng 40% methanol trªn thÕ giíi ®¬c dïng trong tæng hîp formaldehyde víi tû lÖ gia t¨ng ®¹t 3%. c¸c ph¬ng ph¸p tiÕn hµnh ®Òu dùa trªn qu¸ tr×nh «xy ho¸ methanol b»ng kh«ng khÝ. Chóng chØ kh¸c nhau chñ yÕu lµ ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é vµ b¶n chÊt cña xóc t¸c sö dông. Metyl tert - butyl ete (MTBE) lµ s¶n phÈm ®îc tæng hîp b»ng ph¶n øng gi÷a methanol vµ iso buten trªn axit trao ®æi ion. Lîng methanol sö dông cho môc ®Ých nµy cµng ngµy cµng t¨ng trong lÜnh vùc nhiªn liÖu. Hîp chÊt nµy pha vµo x¨ng lµm t¨ng chØ sè octan vµ trë nªn ®Æc biÖt quan träng khi ngêi ta nhËn thøc ®îc sù ®éc h¹i cña c¸c cÊu tö hydrocacbon th¬m cã trÞ sè octan cao vµ ®ßi hái lo¹i trõ lîng ch× cã trong x¨ng. Tèc ®é t¨ng trëng MTBE s¶n xuÊt tõ methanol hµng n¨m ®¹t 12%. Acid acetic ®¬c s¶n xuÊt b»ng qu¸ tr×nh cacbonyl ho¸ methanol cïng víi sù cã mÆt cña CO trong pha láng vµ xóc t¸c ®ång thÓ Co-I, Rhodi-I hoÆc Ni-I. Ph¬ng ph¸p BASF cæ ®iÓn tiÕn hµnh ë ¸p suÊt 65Mpa, trong khi c¸c ph¬ng ph¸p hiÖn ®¹i (Monsanto) tiÕn hµnh ë ¸p suÊt 5Mpa. B»ng c¸ch thay ®æi c¸c ®iÒu kiÖn qu¸ tr×nh mµ ta cã thÓ thu ®îc c¶ anhydric acetic ho¹c metyl acetat. Kho¶ng 9% lîng Methanol trªn thÕ giíi ®îc dïng ®Ó s¶n xuÊt axit acetic víi møc ®é gia t¨ng hµng n¨m ®¹t kho¶ng 6%. C¸c s¶n phÈm kh¸c cña methanol ®îc dïng ®Ó tæng hîp mét sè lîng lín c¸c hîp chÊt h÷u c¬ kh¸c nhau nh: acid formic, metyl este cña c¸c acid h÷u c¬ hoÆc v« c¬ ... 1.1.5.2. Sö dông trong lÜnh vùc n¨ng lîng. Sau cuéc khñng ho¶ng vÒ dÇu má trªn thÕ giíi vµo ®Çu nh÷ng n¨m 1970, ngêi ta tËp trung vµo viÖc t×m kiÕm nguån nhiªn liÖu thay thÕ. Methanol lµ nguån nhiªn liÖu thay thÕ rÊt høa hÑn cho c¸c s¶n phÈm dÇu má. Methanol cã thÓ ®îc dïng ®Ó pha vµo x¨ng, nhiªn liÖu diesel .... Nh»m c¶i thiÖn mét sè tÝnh chÊt cña nhiªn liÖu. 1.1.5.3. C¸c øng dông kh¸c Methanol cã nhiÖt ®é ®«ng ®Æc thÊp vµ dÔ tan trong níc nªn sö dông trong c¸c hÖ thèng lµm l¹nh c¶ ë d¹ng tinh khiÕt vµ hçn hîp víi níc vµ glycol. GVHD: Th.S Phan Thị Thùy Trang SVTH: Phan Thị Nhi Page 15 Đồồ án mồn học phân xưởng sản xuâất formalin xúc tác Ag Methanol còng ®îc dïng lµm chÊt chèng ®«ng trong hÖ thèng lµm m¸t vµ ®èt nãng Mét sè lîng lín methanol ®îc sö dông ®Ó b¶o vÖ c¸c ®uêng èng dÉn khÝ thiªn nhiªn chèng l¹i sù taä thµnh khÝ hydrat ë nhiÖt ®é thÊp, lµm t¸c nh©n hÊp thô trong c¸c thiÕt bÞ lµm s¹ch khÝ ®Ó lo¹i bá CO 2 vµ H2S ë nhiÖt ®é thÊp vµ lµm dung m«i cho c¸c qu¸ tr×nh ho¸ häc. 1.1.6. Tiªu chuÈn vÒ nguyªn liÖu methanol ®Ó s¶n xuÊt formalin Nguyªn liÖu ®Ó s¶n xuÊt formalin bao gåm: methanol kü thuËt, kh«ng khÝ s¹ch, xóc t¸c Ag vµ níc mÒm.  Methanol kü thuËt:  D¹ng ngoµi cña nã lµ chÊt láng trong suèt, kh«ng mµu, kh«ng t¹p chÊt c¬ häc, tuy nhiªn nã nguy hiÓm v× rÊt ®éc vµ dÔ t¹o hçn hîp ch¸y næ víi kh«ng khÝ.  NhiÖt ®é s«i khi chng cÊt ë 760mmHg : (64  64,7) 0C.  Khèi lîng riªng : (0,791  0,792)g/cm3.  Hµm lîng methanol : (99,0  99,5)%.  Hµm lîng níc :  0,1%.  Hµm lîng axit (tÝnh theo axit axetic) :  0,003%.  Hµm lîng aldehit vµ axeton :  0,008%.  Hµm lîng hîp chÊt bay h¬i cña s¾t :  0,0005%.  Hµm lîng lu huúnh :  0,002%.  Kh«ng khÝ s¹ch:  Tríc khi ®a kh«ng khÝ vµo thiÕt bÞ ph¶n øng, cÇn ph¶i ®îc läc bôi vµ röa s¹ch c¸c t¹p chÊt cã thÓ g©y ngé ®éc xóc t¸c lµm gi¶m hiÖu suÊt ph¶n øng, dÉn ®Õn t¨ng gi¸ thµnh s¶n phÈm.  Thµnh phÇn cña kh«ng khÝ chñ yÕu: 79% N2 vµ 21% O2.  Níc: GVHD: Th.S Phan Thị Thùy Trang SVTH: Phan Thị Nhi Page 16 Đồồ án mồn học phân xưởng sản xuâất formalin xúc tác Ag Níc tríc khi sö dông ph¶i ®îc lµm s¹ch c¸c t¹p chÊt vµ lµm mÒm níc ®Ó tr¸nh g©y ¨n mßn kim lo¹i, lµm t¨ng trë lùc trªn ®êng èng còng nh trªn thiÕt bÞ. MÆt kh¸c níc kh«ng s¹ch th× c¸c ph¶n øng phô cã thÓ xÈy ra nhiÒu h¬n lµm gi¶m hiÖu suÊt cña s¶n phÈm. B¶ng 2: mét sè chØ tiªu quan träng cña methanol. Thµnh phÇn Quy ®Þnh Hµm lîng methanol Tû träng d420 Kho¶ng nhiÖt ®é s«i cùc ®¹i  99,85% 0,7928g/cm3 10C Hµm lîng axeton vµ axetandehit  0,003% Hµm lîng etanol  0,001% Hµm lîng hîp chÊt bay h¬i cña s¾t  2.10-6 g/l Hµm lîng lu huúnh  0,0001% Hµm lîng clo  0,0001% Hµm lîng níc  0,15% PH  7,0 30 phót Thêi gian khö mÇu tèi thiÓu (kiÓm tra KMnO4) 1.2.TÝNH CHÊT Vµ øNG dông CñA S¶N PHÈM FORMALDEHYDE 1.2.1. TÝnh chÊt vËt lý Formaldehyde ( CH2O ) lµ chÊt khÝ kh«ng mµu, mïi sèc, vÞ chua vµ ®éc (t¸c ®éng ®Õn m¾t, da mòi vµ cæ häng, kÝch thÝch thÇn kinh ngay c¶ khi víi nång ®é nhá). Formaldehyde ho¸ láng ë -19,20C, tû träng cña láng lµ 0,8153 ë -200C vµ 0,9172 ë -800C, ®ãng r¾n ë -1180C d¹ng bét nh·o tr¾ng. ë tr¹ng th¸i láng vµ khÝ th× formaldehyde æn ®Þnh ë nhiÖt ®é thÊp hoÆc ë nhiÖt ®é thêng (800C 1000C). GVHD: Th.S Phan Thị Thùy Trang SVTH: Phan Thị Nhi Page 17 Đồồ án mồn học phân xưởng sản xuâất formalin xúc tác Ag KhÝ formaldehyde kh«ng polyme ho¸ ë 800C hoÆc 1000C vµ ®îc xem nh lµ mét khÝ lý tëng.  Mét sè tÝnh chÊt nhiÖt ®éng cña formaldehyde.  NhiÖt t¹o thµnh formaldehyde ë 250C lµ :  N¨ng lîng Gibbs ë 250C lµ : 115,9  6,3 (KJ/mol). 109,9 (KJ/mol).  Entropy ë 250C lµ : 218,8 + 0,4 (KJ/mol).  NhiÖt ch¶y ë 250C lµ : 561,5 (KJ/mol).  NhiÖt ho¸ h¬i ë -19,20C lµ : 23,32(KJ/mol).  NhiÖt dung riªng ë 250C lµ : 35,425 (KJ/mol.k).  NhiÖt hoµ tan ë 230C :  Trong níc lµ : 62,0 (KJ/mol).  Trong methanol lµ : 62,8 (KJ/mol).  Trong propanol lµ : 59,5 (KJ/mol).  Trong butanol-1 lµ : 62,4 (KJ/mol). Ÿ HÖ sè në nhiÖt thÓ tÝch : 2,83.10-3 Ÿ Tû träng h¬i so víi kh«ng khÝ : 1,04 Qu¸ tr×nh polyme ho¸ trong tr¹ng th¸i láng hoÆc trong tr¹ng th¸i khÝ ®Òu bÞ ¶nh hëng bëi c¸c yÕu tè nh: ¸p suÊt, ®é Èm, vµ mét lîng nhá acid formic song t¬ng ®èi nhá. KhÝ formaldehyde ®¹t ®¬c b»ng qu¸ tr×nh ho¸ h¬i para formaldehyde (HCHO)n. HoÆc polyme ho¸ cao h¬n th× ®îc -polyoxy metylene. Qu¸ tr×nh nµy ®¹t ®îc tõ (90100)% ë d¹ng tinh khiÕt vµ yªu cÇu ph¶i b¶o qu¶n ë (100150)0C nh»m ng¨n c¶n qu¸ tr×nh trïng hîp. Qu¸ tr×nh ph©n huû ho¸ häc kh«ng xÈy ra díi 4000C. KhÝ formaldehyde dÔ b¾t ch¸y khi ta ®a nhiÖt ®é måi löa tíi 4300C hçn hîp víi kh«ng khÝ lµ hîp chÊt g©y næ. TÝnh chÊt ch¸y næ cña formaldehyde thêng dÔ xÈy ra, ®Æc biÖt lµ kho¶ng nång ®é (65%  70%). ë nhiÖt ®é thÊp formaldehyde láng cã thÓ trén lÉn ®îc víi tÊt c¶ c¸c dung m«i kh«ng ph©n cùc nh: toluen, ete, cloroform, vµ còng cã thÓ lµ etyl GVHD: Th.S Phan Thị Thùy Trang SVTH: Phan Thị Nhi Page 18 Đồồ án mồn học phân xưởng sản xuâất formalin xúc tác Ag axetat. Kh¶ n¨ng hoµ tan gi¶m khi nhiÖt ®é t¨ng. Qu¸ tr×nh bay h¬i trïng hîp thêng xÈy ra nhiÖt ®é thêng vµ chØ ®Ó l¹i mét lîng nhá khÝ kh«ng tan.  D¹ng dung dÞch cña formaldehyde: Formaldehyde láng cã thÓ trén lÉn ®îc víi dÇu má. Dung m«i cã cùc nh rîu, amin, axit hoÆc dïng dÓ ph¶n øng víi nã hoÆc ®Ó h×nh thµnh hîp chÊt metyl hoÆc dÉn xuÊt metylen. Qua nghiªn cøu vµ thùc nghiÖm cho thÊy monome d¹ng ®¬n ph©n tö cña formandehyde chØ tån t¹i trong dung dÞch víi nång ®é dung dÞch < 0,1% träng lîng. D¹ng tån t¹i chñ yÕu cña formandehyde trong dung dÞch lµ metylglycol (HOCH2OH) vµ c¸c olygome cã khèi lîng ph©n tö thÊp víi cÊu tróc HO(CH2O)nH (n =1 8). V× vËy mµ formandehyde khã bèc mïi ë ®iÒu kiÖn thêng. H»ng sè c©n b»ng cña qóa tr×nh hoµ tan vËt lý cña formandehyde vµ qu¸ tr×nh ph¶n øng cña formandehyde t¹o thµnh metylen glycol vµ c¸c olygome cña nã cã thÓ x¸c ®Þnh ®îc. C¸c th«ng sè kÕt hîp víi c¸c sè liÖu kh¸c ®Ó tÝnh to¸n c¸c h¾ng sè c©n b»ng ë t¹i c¸c nhiÖt ®é kh¸c nhau tõ O 0C ®Õn 1500C vµ nång ®é cña formandehyde lµ 60%. Mét qu¸ tr×nh nghiªn cøu vÒ n¨ng lîng cña qu¸ tr×nh t¹o thµnh metylen glycol tõ viÖc hoµ tan formandehyde trong níc cho thÊy tèc ®é ph¶n øng thuËn cµng t¨ng m¹nh khi nã x¶y ra trong m«i trêng dung dÞch cã tÝnh axit. §iÒu nµy cã nghÜa lµ sù ph©n bè cña c¸c oligome cã khèi lîng ph©n tö cao (n>3) kh«ng cã sù thay ®æi nhanh khi nhiÖt ®é t¨ng hoÆc cã sù pha lo·ng dung dÞch. Lîng metylen glycol t¨ng nhanh ®ång thêi cã sù tiªu hao c¸c oligome nhá h¬n (n=2 hoÆc n=3). Trong dung dÞch níc lîng formandehyde ë d¹ng monome chØ chiÕm cã nhá h¬n 2% khèi lîng. Lîng metylen glycol cã thÓ ®îc x¸c ®Þnh b»ng ph¬ng ph¸p dïng sunfit hoÆc ®o ¸p suÊt riªng phÇn cña formandehyde. Khèi lîng ph©n tö vµ lîng monome cã thÓ x¸c ®Þnh b»ng ph¬ng ph¸p quang phæ NMR. B¶ng 3: sù ph©n bè cña glycol trong dung dÞch 45% formandehyde (ë nhiÖt ®é 350C). n 1 2 3 4 5 6 Thµnh phÇn (%) 26,28 19,36 16,38 12,33 8,70 5,89 GVHD: Th.S Phan Thị Thùy Trang SVTH: Phan Thị Nhi Page 19 n 7 8 9 10 >10 Thµnh phÇn(%) 3,89 2,35 1,59 0,99 1,58 Đồồ án mồn học phân xưởng sản xuâất formalin xúc tác Ag MÆc dÇu dung dÞch formandehyde tinh khiÕt trong níc vÉn cã thÓ tån t¹i ë nång ®é 95% träng lîng, nhng ®Ó duy tr× ®îc ë nång ®é nµy mµ kh«ng cã sù h×nh thµnh c¸c polyme th× ph¶i t¨ng nhiÖt ®é lªn 1200C. Trong dung dÞch formandehyde kü thuËt ngêi ta thêng bæ sung thªm methanol víi nång ®é 2%. v Mét sè h»ng sè vËt lý cña dung dÞch formalin. Ÿ Dung dÞch níc cã 37 45% träng lîng formandehyde. Ÿ NhiÖt ®é s«i : 970C Ÿ NhiÖt ®é ®ãng r¾n khi cã methanol : 500C Ÿ NhiÖt ®é chíp ch¸y kh«ng cã methanol : 850C Ÿ NhiÖt ®é chíp ch¸y khi cã 15% methanol : 500C ¸p suÊt riªng phÇn cña formandehyde trong c¸c dung dÞch níc phô thuéc vµo nhiÖt ®é thÓ hiÖn qua b¶ng sau: (b¶ng 4) B¶ng 4: ¸p suÊt riªng phÇn cña formandehyde trªn dung dÞch formalin ë nhiÖt ®é vµ nång ®é kh¸c nhau. T0C Nång ®é formandehyde(%) 1 5 10 15 20 25 30 35 40 5 0,003 0,011 0,016 0,021 0,025 0,028 0,031 0,034 0,037 10 0,005 0,015 0,024 0,031 0,038 0,045 0,049 0,053 0,056 15 0,007 0,022 0,036 0,047 0,057 0,066 0,075 0,083 0,090 20 0,009 0,031 0,052 0,069 0,085 0,096 0,113 0,125 0,137 25 0,013 0,044 0,075 0,101 0,125 0,146 0,167 0,187 0,206 30 0,017 0,061 0,105 0,144 0,180 0,213 0,245 0,275 0,304 35 0,022 0,084 0,147 0,203 0,256 0,305 0,353 0,389 0,442 40 0,028 0,113 0,202 0,284 0,360 0,432 0,502 0,569 0,634 45 0,037 0,151 0,275 0,390 0,499 0,604 0,705 0,803 0,899 50 0,039 0,200 0,371 0,531 0,685 0,838 0,978 1,119 1,258 55 0.045 0,262 0,494 0,715 0,929 1,137 1,341 1,541 1,740 60 0,047 0,340 0,652 0,953 1,247 1,536 1,820 2,101 2,378 GVHD: Th.S Phan Thị Thùy Trang SVTH: Phan Thị Nhi Page 20