Đồ Án Thiết kế phân xưởng sản xuất Formaldehyde

Đề tài: Thiết kế phân xưởng sản xuất Formaldehyde





Đồ án dài 96 trang



Mở đầu

Formaldehyde là một hóa chất hóa học công nghiệp quan trọng và được dùng trong quá trình sản xuất của rất nhiều ngành công nghiệp. Hiện nay có trên 50 ngành công nghiệp sử dụng formaldehyde. Formaldehyde cũng là một trong những hợp chất hữu cơ quan trọng để cung cấp cho các ngành sản xuất công nghiệp và tiêu dùng, nó ở dạng thương phẩm formaldehyde hòa tan trong H2O ở dạng dung dịch 37 ¸ 50% được gọi là formalin. Đây là một trong những bán thành phẩm quan trọng cho ngành tổng hợp hữu cơ và nhiều ngành khác như : ngành y tế dùng để ướp xác, tẩy mùi, ngành thực phẩm dùng để tránh thiu thối, thuộc da trong công nghệ thuộc da giày .

Formaldehyde được tổng hợp lần đầu tiên vào những năm 1859. Khi Butlerov thực hiện thuỷ phân metylen axetal và chỉ ra mùi đặc trưng của dung dịch. Đến năm 1867 Hofman đã tổng hợp được formaldehyde bằng cách cho hỗn hợp hơi metanol và không khí đi qua lớp xúc tác platin ở dạng sợi xoắn đã được làm nóng. Quá trình sản xuất mang tính công nghiệp đã được thực thi vào năm 1882 khi Tollens khám phá ra một phương pháp điều chỉnh lượng hơi metanol tỷ lệ không khí và xác định hiệu suất của phản ứng .

Năm 1886 Loew thay thế xúc tác dạng sợi xoắn platin bằng xúc tác lưới đồng có hiệu quả hơn. Một công ty của Đức bắt đầu đi vào sản xuất và năm 1889 sản xuất thương mại của formaldehyde được bắt đầu. Một hãng khác của Đức, đã sử dụng xúc tác bạc cho quá trình này vào năm 1910 .

Năm 1905 Badische Anilin và Soda Fabrik bắt đầu sản xuất formaldehyde bởi quá trình liên tục, sử dụng xúc tác Ag tinh thể . Sản lượng formaldehyde là 30 kg/ngày dưới dạng dung dịch nước 30% khối lượng. Metanol cần thiết đối với quá trình sản xuất formaldehyde được thu hồi từ ngành công nghiệp gỗ nhờ quá trình nhiệt phân. Sự phát triển của việc tổng hợp metanol dưới áp suất cao do Badische Anilin và Soda Fabrik năm 1925 cho phép quá trình sản xuất formaldehyde trên phạm vi công nghiệp với quy mô rộng lớn .

Hàng năm ở Việt Nam phải nhập khẩu formalin để sản xuất các vật liệu polime, vật liệu cách điện, cách nhiệt chất mạ kim loại, chất phụ trợ cho công nghiệp dệt, chất sát trùng cho chăn nuôi .

Do đó việc nghiên cứu thiết kế phân xưởng sản xuất formalin là rất cần thiết nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng trong nước và giảm thiểu chi phí nhập khẩu từ nước ngoài .

mục lục



Trang

Mở đầu. 4

Phần I : Tổng quan lý thuyết 5

Chương I : Giới thiệu chung về nguyên liệu của quá trình sản xuất formalin . 5

I/ Giới thiệu chung : 5

II/ Tính chất vật lý : 5

III/ Tính chất hóa học : 7

1. Phản ứng hydro hoá : 7

2. Phản ứng tách H2O : 7

3. Phản ứng oxy hóa : 7

4. Phản ứng dehydro hóa : 7

IV/ Chỉ tiêu nguyên liệu metanol để sản xuất formalin trên xúc tác Bạc. 8

1. Nước : 8

2. Metanol kỹ thuật : 8

3. Không khí : 8

V. Một số ứng dụng của Metanol : 9

1. Sử dụng làm nguyên liệu cho tổng hợp hóa học : 9

2. Sử dụng trong lĩnh vực năng lượng : 10

3. Các ứng dụng khác: 10

Chương II: Tính chất và ứng dụng của sản phẩm formaldehyde. 11

I/ Tính chất vật lý: 11

II/ Tính chất hóa học : 15

1/ Phản ứng phân huỷ : 15

2/ Phản ứng oxy hoá khử : 15

3. Phản ứng giữa các phân tử formaldehyde: 16

4. Phản ứng cannizzaro : 16

5. Phản ứng tischenko : 16

6. Phản ứng polyme hóa : 16

III/ Chỉ tiêu formalin thương phẩm : 17

IV/ Ứng dụng của sản phẩm formaldehyde : 17

Chương III: Các phương pháp sản xuất formalin. 19

I/ Quá trình sản xuất formaldehyde sử dụng xúc tác bạc : 19

1. Công nghệ chuyển hóa hoàn toàn metanol (công nghệ BASF) . 21

2. Công nghệ chuyển hóa không hoàn toàn và chưng thu hồi metanol . 24

II/ Công nghệ sản xuất formalinhyde sử dụng xúc tác oxit: 26

1. Công nghệ đặc trưng của quá trình sản xuất formalin trên cơ sở xúc tác oxit kim loại là công nghệ dựa trên phương pháp formox . 28

2. Sơ đồ công nghệ sản xuất formalin của Viện nghiên cứu xúc tác. 30

Chương IV: So sánh về mặt kinh tế của các quá trình sản xuất formaldehyde và lựa chọn sơ đồ công nghệ . 31

I/ So sánh các quá trình : 31

II/ Lựa chọn sơ đồ công nghệ : 33

Chương V: Các phương sản xuất formalin khác. 35

I. Quá trình sản xuất formaldehyde bằng cách oxy hóa metan: 35

II/ Oxy hóa etylen : 36

III/ Thuỷ phân clorua metylen : 36

Chương vi : công nghệ sản xuất formaldehyde, dùng xúc tác Bạc (quá trình basf). 37

I. Sơ đồ công nghệ : 37

II. thuyết minh dây chuyền sản xuất 39

III. Một số đặc trưng về quá trình của sản xuất formaldehyde dùng xúc tác Bạc : 39

1. Các phản ứng : 39

2. Cơ chế của quá trình : 41

3. Các yếu tố ảnh hưởng đến qúa trình : 42

4. Thiết bị phản ứng chính : 43

Phần II : Tính toán công nghệ. 46

I. Các số liệu : 46

1. Số liệu chất tham gia phản ứng : 46

2. Thành phần khí thải 46

3. Tổn thất : 1,2% . 46

4. Phản ứng hóa học xảy ra trong thiết bị phản ứng : 46

5. Thành phần của sản phẩm : 46

6. Hệ số chuyển hóa metanol thành sản phẩm : 47

II. Tính cân bằng vật chất : 47

1. Tính cho toàn phân xưởng : 53

2. Cân bằng vật chất cho thiết bị bay hơi metanol 54

3: Cân bằng vật chất cho thiết bị phản ứng chính: 54

4. Tính cân bằng vật chất cho tháp hấp thụ : 55

5. Cân bằng vật chất cho thiết bị đun nóng khí : 57

III. Tính toán công bằng nhiệt lượng. 57

III.1. Thiết bị đun nóng không khí 57

III.2 . Thiết bị bay hơi methanol. 59

III.3 . Thiết bị dun nóng quá nhiệt khối phản ứng lần 1. 62

III.4. Thiết bị đun nóng khối phản ứng quá nhiệt lần 2. 63

III.5: Thiết bị điều chế CH2O 64

IV/ Tính toán thiết bị phản ứng : 70

1. Tính phần thiết bị làm lạnh nhanh hỗn hợp khí sau khi phản ứng. 70

2. Tính đường kính, thể tích lớp xúc tác, chiều cao lớp xúc tác phần phản ứng : 72

3. Tính đường kính ống dẫn nguyên liệu vào thiết bị : 75

4. Tính đường kính ống dẫn sản phẩm ra khỏi thiết bị : 75

5. Tính đáy của thiết bị : 78

6. Tính nắp của thiết bị : 78

7. Chiều dày của thân thiết bị : 79

Phần III: tồn chứa và vận chuyển formalin. 83

Phần IV : biện pháp bảo vệ môi trường. 84

Phần V: Thiết kế xây dựng. 85

I. Đặc điểm sản phẩm của nhà máy: 85

II. Địa điểm xây dựng: 85

1. Các yêu cầu chung: 85

2. Các yêu cầu về kỹ thuật xây dựng: 86

3. Các yêu cầu về môi trường vệ sinh công nghiệp: 86

III. Giải pháp thiết kế tổng mặt bằng nhà máy: 87

1. Nguyên tắc thiết kế tổng mặt bằng nhà máy: 87

2. Các hạng mục công trình: 88

Kết luận. 91

Tài liệu tham khảo. 92