QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT ACRYLIC ACID TỪ PROPYLENE BẰNG PHƯƠNG PHÁP OXY HÓA MỘT PHẦN TRÊN XÚC TÁC

LỜI CÁM ƠN
Qua q trình học mơn ‘Thiết kế hệ thống quy trình cơng nghệ hóa học’, chúng em đã
được trang bị những kiến thức, nguyên lý cơ bản của việc thiết kế một quy trình, đó là nền
tảng vững chắc cho công việc trong tương lai của chúng em.
Để có thể hồn thành bài báo cáo này, nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến
thầy vì đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm quý báu tạo tiền
đề để hoàn thành tốt bài tiểu luận.
Bài tiểu luận là kết quả của quá trình nỗ lực của tất cả các thành viên trong nhóm. Tuy
nhiên vẫn khơng thể tránh khỏi những thiếu sót và hạn chế. Rất mong nhận được sự góp ý
của thầy để bài tiểu luận được hồn thiện hơn.
NHĨM THỰC HIỆN BÁO CÁO

3


MỤC LỤC
A – NỘI DUNG CHÍNH ..............................................................................................................................8
I.LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................................................8
II.CƠ SỞ CHO Q TRÌNH THIẾT KẾ .................................................................................................9
2.1.Thơng tin phản ứng ............................................................................................................................9
2.2.Thông tin động học phản ứng ............................................................................................................9
2.3.Tổng quan về nguyên liệu và sản phẩm ...........................................................................................10
2.3.1.Nguyên liệu – Propylene .............................................................................................................10
2.3.2.Nguyên liệu - Nước......................................................................................................................12
2.3.3.Ngun liệu - Khơng khí ..............................................................................................................12
2.3.4.Sản phẩm – Acrylic acid..............................................................................................................12
2.4. Các công nghệ sản xuất acrylic acid hiện tại ..................................................................................13
2.4.1. Sản xuất axit acrylic từ acetylene - Tổng hợp Reppe từ cơng nghệ BASF .................................13
2.4.2. Polyme hóa β-propiolactone và chưng phân hủy với nước sản phẩm polime thu được ............14
III.LỰA CHỌN QUY TRÌNH VÀ CÂN BẰNG VẬT CHẤT ................................................................15
3.1.Lựa chọn quy trình............................................................................................................................15

3.2.Cân bằng vật chất ..............................................................................................................................16
3.2.1.Cấu trúc vào ra ...........................................................................................................................16
3.2.2.Cấu trúc hồn lưu .......................................................................................................................17
3.2.3.Suất lượng, thành phần dịng vào, ra và hồn lưu ......................................................................17
IV. MƠ PHỎNG HYSYS...........................................................................................................................21
3.1. Thuyết minh......................................................................................................................................21
3.2. Các cấu tử .........................................................................................................................................22
3.3. Gói nhiệt động ..................................................................................................................................22
3.4. Thơng số và thành phần mol của các dịng.....................................................................................23
3.5. Thiết bị chính ...................................................................................................................................26
a. Thiết bị phản ứng .............................................................................................................................26
b. Tháp chưng cất .................................................................................................................................28
c.Tháp hấp thụ ......................................................................................................................................30
V. HỆ THỐNG TÁCH CHẤT ..................................................................................................................32
4.1. Trình tự tách.....................................................................................................................................32
4.2. Hệ thống tách ...................................................................................................................................33

4


VI. HỆ THỐNG TRAO ĐỔI NHIỆT .......................................................................................................34
VII. HIỆU QUẢ KINH TẾ SƠ BỘ...........................................................................................................34
VIII. KẾT LUẬN .......................................................................................................................................36
IX. NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN ..........................................................................................................36
B - TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................................................38

5


DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình

1. Cấu trúc 2D của Propylene ................................................................................... 11
2. Cấu trúc 3D của Propylene ................................................................................... 11
3. Cấu trúc 2D của Acrylic Acid .............................................................................. 12
4. Cấu trúc 3D của Acrylic Acid .............................................................................. 12
5. Sơ đồ cấu trúc vào ra ............................................................................................ 16
6. Sơ đồ cấu trúc hoàn lưu ........................................................................................ 17
7. Thơng số và suất lượng dịng nhập liệu propylene (propene) .............................. 17
8. Thơng số và suất lượng dịng hơi nhập liệu ......................................................... 18
9. Thơng số và suất lượng dịng khơng khí nhập liệu .............................................. 18
10. Thơng số và suất lượng dòng sản phẩm acrylic acid.......................................... 19
11. Thành phần mol dòng acrylic acid sản phẩm ..................................................... 19
12. Thông số và suất lượng dòng acetic acid sản phẩm ........................................... 20
13. Thành phần mol dịng acetic acid sản phẩm....................................................... 20
14. Mơ phỏng quy trình sản xuất Acrylic Acid bằng phần mềm Aspen Hysys ....... 21
15. Các cấu tử trong quy trình .................................................................................. 22
16. Các hệ số nhị phân trong gói UNIQUAC trong Hysys ...................................... 22
17. Thông số thiết kế thiết bị phản ứng PFR-100..................................................... 26
18. Thơng số dịng vào thiết bị phản ứng ................................................................. 27
19. Thơng số dịng ra khỏi thiết bị phản ứng............................................................ 28
20. Thông số thiết kế tháp chưng cất T-105 ............................................................. 28
21. Thơng số thành phần dịng vào và ra khỏi tháp chưng cất T-105 (1)................. 29
22. Thông số điều kiện hoạt động của tháp chưng cất T-105 .................................. 29
23. Thành phần qua từng mâm của tháp chưng cất .................................................. 30
24. Thông số thiết kế tháp hấp thụ T-100................................................................. 30
25. Thông số thiết kế tháp hấp thụ T-101................................................................. 31
26. Thông số thiết kế thiết bị hấp thụ có thiết bị gia nhiệt đáy tháp T-103.............. 31
27. Thông số thiết kế thiết bị hấp thụ có gia nhiệt đáy tháp T-104 .......................... 32
28. Trình tự tách chất................................................................................................ 33
29. Hệ thống tách chất .............................................................................................. 33

6


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. Thơng số các dịng ............................................................................................... 24
Bảng 2. Thành phần mol của các dịng.............................................................................. 26
Bảng 3. Thơng số hoạt động của thiết bị phản ứng PRF-100 ........................................... 27
Bảng 4.Thơng số của các dịng vật chất……………………………………………….....32
Bảng 5. Bảng liệt kê giá thành nguyên liệu và sản phẩm (tham khảo)…………………. 33
Bảng 6. Bảng liệt kê giá thành thiết bị (tham khảo………………………………………33

7


A – NỘI DUNG CHÍNH
I. LỜI MỞ ĐẦU
Acrylic acid là một hợp chất được sử dụng chủ yếu như một chất trung gian trong quá
trình tổng hợp acrylate ester. Acrylate ester sau đó được dùng trong nhiều ngành cơng
nghiệp như ngành công nghiệp tã, ngành xử lý nước hoặc công nghiệp sơn, dệt. Trên quy
mơ tồn cầu, tỷ lệ tiêu thụ axit acrylic dự kiến đạt hơn 8.000 tấn cho đến năm 2020. Con
số này dự kiến sẽ còn cao hơn nữa do các ứng dụng mới, bao gồm sản phẩm chăm sóc cá
nhân, chất tẩy rửa và các sản phẩm khác. Do vai trị khá quan trọng của nó trong ngành
cơng nghiệp hố chất, việc sản xuất nó theo quy mơ lớn là điều cần thiết.
Vì vậy, mục đích của tiểu luận này là để tính tốn và thiết kế một quy trình cơng nghệ hố
học để sản xuất 20.000 tấn acrylic acid với độ tinh khiết 99,6% và vận hành trong 7200
tiếng trong một năm với các điều kiện tối ưu và đảm bảo an toàn. Acrylic acid sẽ được
tổng hợp từ phản ứng oxi hoá một phần propylene.

8

II. CƠ SỞ CHO Q TRÌNH THIẾT KẾ
2.1. Thơng tin phản ứng
Có nhiều cách để tổng hợp acrylic acid nhưng cách phổ biến nhất là oxy hoá một
phần propylene. Cơ chế phản ứng của quá trình sản xuất acrylic acid từ propylene này
gồm hai bước: đầu tiên, propylene được oxy hóa thành acrolein và sau đó acrolein tiếp tục
oxy hóa thành acrylic acid. Hai bước trên thường diễn ra với các xúc tác và điều kiện vận
hành khác nhau.
C3H6 + O2 → C3H4O + H2O
Acrolein
1

C3H4O + O2 → C3H4O2
2

Acrylic acid
Bên cạnh đó, có thể xảy ra một số phản ứng phụ liên quan đến sự oxy hóa của tác
chất và sản phẩm. Một số phản ứng phụ đặc trưng như sau:
7

C3H4O + O2 → 3 CO2 + 2H2O
2

3

C3H4O + O2 → C2H4O2 + CO2
2

Acetic acid
9

C3H6 + O2 → 3CO2 + 3H2O
2

2.2. Thông tin động học phản ứng
Những phản ứng xảy ra đều là phản ứng không thuận nghịch. Động học đối với
chất xúc tác được sử dụng trong quy trình này như sau:
3

C3H4O + O2 → C3H4O2 + H2O
2

Acrylic acid

9

Phản ứng 1


5

C3H6 + O2 → C2H4O2 + CO2 + H2O
2

Phản ứng 2

Acetic acid
9

C3H6 + O2 → 3CO2 + 3H2O

Phản ứng 3

2

−𝐸𝑖

Mà −𝑟𝑖 = 𝑘0,𝑖 × 𝑒 𝑅𝑇 × 𝑃𝑝𝑟𝑜𝑝𝑦𝑙𝑒𝑛𝑒 × 𝑃𝑜𝑥𝑦𝑔𝑒𝑛
Đơn vị của áp suất là kPa, giá trị của Ei và ko,i được cho trong bảng sau:
i

Ei (kcal/kmol)

ko,i

1

15000

1.59 x 105

2

20000

8.83 x 105

3

25000

1.81 x 108

Những thơng số động học được trình bày trên đây được sử dụng trong khoảng
nhiệt độ 250 – 330°C. Trên 330°C, các chất xúc tác bắt đầu kết tủa cịn dưới 250°C thì tốc
độ phản ứng giảm nhanh. Do đó, các chất xúc tác khơng thể hoạt động được ngoài khoảng
nhiệt độ 250 – 330°C.
2.3.

Tổng quan về nguyên liệu và sản phẩm
2.3.1. Nguyên liệu – Propylene

Propylene là một chất khí khơng màu, mùi hơi ngọt, cháy với ngọt lửa màu vàng, có
mùi hắc. ứng dụng chính là sản xuất polypropylene, một trong nhứng loại polymer phổ
biến nhất được sản xuất trên thế giới
a. Tổng quan về Propylen:
Các tên gọi khác: propene, 1-propene, methylethylene,…
Cơng thức hóa học: C3H6

10


Cơng thức cấu tạo:
Hình 1. Cấu trúc 2D của Propylene

Hình 2. Cấu trúc 3D của Propylene
b. Tính chất vật lý
o Khí khơng màu, mùi giống dầu mỏ.
o Khối lượng riêng: 1,91 kh/m3 ở thể khí (1.013 bar, 15 0C), 613 kg/m3 với
thể lỏng.

o Nhiệt độ nóng chảy: -185,2oC (88K, -301,4oF)
o Nhiệt độ sơi: -47,6 oC (225,6K, -53,7 oF)
o Độ hịa tan trong nước: 0,61g/m3
o Độ nhớt: 8,34 𝜇Pa.s ở 16,7 oC
o Propylene là chất thu được từ dầu mỏ, được vận chuyển dưới dạng khí hóa
lỏng dưới áp suất cao
o Tiếp xúc với chất lỏng có thể gây tê cóng đồng thời rất dễ cháy
o Khối lượng phân tử nặng hơn khơng khí
c. Ứng dụng
Ứng dụng chính cho propylene là polypropylene, được sử dụng trong các thiết bị
điện, điện tử, các ống nhựa, đồ gia dụng.

11


2.3.2. Nguyên liệu - Nước
Ở đây ta sử dụng hai nguồn cung nước cho quy trình
-

Hơi nước được cung cấp từ lò hơi quá nhiệt ờ 159oC, áp suất 600 kPa cho dòng

nhập liệu.
-

Nước tinh khiết thường được sử dụng trong tháp hấp thu. Trong thực tế, ta sử dụng

nước khử ion vì mục đích kinh tế và hiệu suất.
2.3.3. Ngun liệu - Khơng khí
Khơng khí trong tự nhiên có thành phần chính bao gồm 20% O2, 80% N2, là nguồn
cung cấp O2 cho q trình oxy hóa propylene. Ngồi ra khơng khí bao gồm một lượng

lớn khí N2 trơ trong q trình phản ứng để làm lỗng hỗn hợp có chứa propylene, giảm
nguy cơ propylene bị phân hủy và gây cháy nổ.
2.3.4. Sản phẩm – Acrylic acid
Acrylic acid là một hợp chất hữu cơ có mùi chát hoặc chua đặc trưng. Có thể trộn
lẫn với nước, ete, rượu và chloroform. Trong hóa học, axit acrylic tạo thành một loại axit
quan trọng để sử dụng trong các nhà máy hóa chất lớn và các ngành cơng nghiệp vì nó
được sử dụng rộng rãi trong sản xuất thương mại.
a. Tổng quan về Acrylic Acid
Cơng thức hóa học: C3H4O2
Cơng thức cấu tạo:

Hình 3. Cấu trúc 2D của Acrylic Acid

Hình 4. Cấu trúc 3D của Acrylic Acid
12


b. Tính chất vật lý
o Trạng thái, màu sắc: Chất lỏng, không màu.
o Khối lượng phân tử: 72.06 gam/mol.
o Nhiệt độ nóng chảy: 13oC.
o Nhiệt độ sơi: 141oC.
o Khả năng hòa tan trong nước khá đáng kể: hơn 10 gam.
o Độ nhớt: 1,3 cP ở 20oC.
o Áp suất hơi: 3,2 mmHg ở 20oC.
o Điểm chớp cháy: 68oC.
o Nhiệt độ tự bốc cháy: 429oC.
o Mật độ: 1,051 gam/ml ở 25oC.
o Mật độ hơi: 2.5 so với khơng khí.
o Chỉ số khúc xạ: N20/D 1,421.

o Nhiệt độ lưu trữ bảo quản: 15-25oC.
c. Ứng dụng
Acrylic Acid được sử dụng chủ yếu trong hợp chất trung gian trong sản xuất
acrylate, các este acrylat được sử dụng nhiều trong sản xuất polymer. Trong đời sống
chúng được ứng dụng trong sản xuất sơn, làm chất bôi trơn và phụ gia trong dầu tự nhiên
và trong ngành công nghệ dược phẩm.
2.4. Các công nghệ sản xuất acrylic acid hiện tại
2.4.1. Sản xuất axit acrylic từ acetylene - Tổng hợp Reppe từ công nghệ BASF
Ni(CO)4 + 4CH≡CH + H2O + 2HCl → 4CH2=CH-COOH + NiCl2 + H2
Dựa trên phản ứng tổng hợp Reppe hãng BASF đã phát triển công nghệ sản xuất
axit acrylic bằng phản ứng cộng hợp của CO vào acetylene với xúc tác cacbonyl niken.
Do Ni(CO)4 được sử dụng như là một chất xúc tác nên quá trình phải tiến hành trong điều
kiện nghiêm ngặt hơn với nhiệt độ từ 150- 290oC (trung bình 225oC) và áp suất 3-20 MPa
(thường ở 10MPa). Để duy trì phản ứng trong pha lỏng, người ta sử dụng dung môi là
tetrahydrofuran (THF).
13


Đây là phản ứng tỏa nhiệt mạnh, xảy ra theo cơ chế chuỗi gốc, tự xúc tác, nhanh
ngay ở nhiệt độ thấp 25-70oC và áp suất khi quyển. Lượng hydro được tạo thành khơng có
mặt trong sản phẩm do chúng tham gia ngay lập tức vào các phản ứng phụ sinh ra
propionate, metanol,… Trong phản ứng trên, Ni(CO)4 là chất phản ứng cho vào theo một
tỉ lượng nhất định.
2.4.2. Polyme hóa β-propiolactone và chưng phân hủy với nước sản phẩm polime
thu được
Phương pháp này liên quan đến quá trình sản xuất keten từ axit axetic, dựa vào
phản ứng của formaldehyde trong mơi trường acetone hoặc methanol. Xúc tác cho q
trình là AlCl3 hoặc ZnCl2. β- propiolactone sau đó được thủy phân bằng nước, bằng cách
gia nhiệt khoảng 100-150oC rồi sau đó lên đến 260oC, hoặc thủy phân trực tiếp trong mơi
trường chân khơng ở 50oC với sự có mặt của H3PO4 để tạo thành axit acrylic.

Phương pháp tổng hợp này, được thương mại hóa bởi Celanese và Goodrich, đã
ngưng sử dụng do các nhà khoa học phát hiện ra khả năng gây ung thư của βpropiolactone.

14


III. LỰA CHỌN QUY TRÌNH VÀ CÂN BẰNG VẬT CHẤT
3.1. Lựa chọn quy trình
Sau khi xem xét các ưu nhược điểm, thì lựa chọn quy trình sản xuất liên tục sẽ tối
ưu hơn, vì
Yếu tố

Ưu điểm

Quy mơ

Quy mơ lớn, năng suất là 20.000 tấn/ năm.

Chất lượng sản phẩm

Có thể kiểm tra chất lượng sản phẩm liên
tục hoặc theo chu kì. Phụ phẩm acetic acid
có thể được lưu trữ và tái chế.

Hiệu quả cơng nghệ

Giảm thất thốt năng lượng. Hồn lưu tác
chất và tích hợp năng lượng dễ hơn. Bơm,
quạt máy nén vận hành với hiệu suất cao
hơn.

Bảo trì và vận hành

Chi phí nhân cơng thấp hơn

Ngun liệu

Sản xuất liên tục cả năm

An tồn

Có tính an tồn cao hơn. Hư hỏng thiết bị
và do cơng nhân sai sót giảm

Tuy nhiên, cơng nghệ liên tục có mặt hạn chế so với theo mẻ là chi phí đầu tư cao
hơn, q trình bảo trì và vệ sinh trang thiết bị cũng khó khăn hơn. Tuy nhiên, những điều
này có thể bỏ qua nếu so với các ưu điểm bên trên.

15


3.2. Cân bằng vật chất
3.2.1. Cấu trúc vào ra

Hình 5. Sơ đồ cấu trúc vào ra
Nguyên liệu sử dụng là Propylen và Oxi lấy từ khơng khí, bên cạnh đó dòng nhập
liệu được bổ sung thêm lượng lớn hơi nước để đảm bảo cho thiết bị phản ứng hoạt động
ổn định và an toàn. Sản phẩm mong muốn trong quy trình này là Acrylic Acid với độ tinh
khiết 99,6% tính theo mol của Acrylic Acid và sản lượng lượng là 20.000 tấn/năm
Theo dữ kiện đề bài là sản xuất 20.000 tấn Acrylic Acid có độ tinh khiết 99,6%

trên 1 năm với 7200 giờ sản xuất, ta tính được suất lượng Acrylic Acid dòng ra:
𝑚
20000.1000
𝑡
7200
𝐹=
=
𝑀𝐴𝑐𝑟𝑦𝑙𝑖𝑐𝐴𝑐𝑖𝑑 . 0.996 + 𝑀𝐴𝑐𝑒𝑡𝑖𝑐𝐴𝑐𝑖𝑑 . (1 − 0.996)
72,06.0,996 + 60,052.0,004
= 38,57 (𝑘𝑚𝑜𝑙. ℎ−1 ) ≈ 40 (𝑘𝑚𝑜𝑙. ℎ−1 )
(*) Nhóm xin lấy giá trị F = 40 (kmol/h).

16


3.2.2. Cấu trúc hồn lưu

Hình 6. Sơ đồ cấu trúc hồn lưu
3.2.3. Suất lượng, thành phần dịng vào, ra và hồn lưu

Hình 7. Thơng số và suất lượng dịng nhập liệu propylene (propene)

17


Hình 8. Thơng số và suất lượng dịng hơi nhập liệu

Hình 9. Thơng số và suất lượng dịng khơng khí nhập liệu

18

Hình 10. Thơng số và suất lượng dịng sản phẩm acrylic acid

Hình 11. Thành phần mol dịng acrylic acid sản phẩm
19


Hình 12. Thơng số và suất lượng dịng acetic acid sản phẩm

Hình 13. Thành phần mol dịng acetic acid sản phẩm
20


IV. MƠ PHỎNG HYSYS
3.1. Thuyết minh

Hình 14. Mơ phỏng quy trình sản xuất Acrylic Acid bằng phần mềm Aspen Hysys
Quy trình trên có thể sản xuất 20,000 tấn acrylic acid 1 năm với độ tính khiết là
99,6% và hoạt động liên tục trong 7200 giờ.
Ban đầu dòng nguyên liệu ở áp suất cao bao gồm propylene, khơng khí và lượng lớn
hơi nước được thêm vào với suất lượng lần lượt là 43 kmol/h, 467,84 kmol/h và 309,6
kmol/h (các số liệu được tính với dịng ra là 40 kmol/h) để đảm bảo an toàn và ổn định
cho thiết bị phản ứng, sau đó hỗn hợp này được giảm áp đến khoảng 414 kPa rồi đi vào hệ
thống thiết bị phản ứng Plug Flow Reactor (PRF - 100). Phản ứng xảy ra bên trong thiết
bị phản ứng là phản ứng xúc tác dị thể với các thành phần xúc tác đặc trưng dựa trên cơ
sở oxide molipden. Dòng sản phẩm (4) ra khỏi thiết bị phản ứng được đưa đến hai tháp
tháp hấp thụ T-100 và T-101, mục đích chính là tách pha và thu hồi khí. Dịng nước được
xối trực tiếp vào dịng sản phẩm ở tháp T-100 có tác dụng làm giảm nhanh nhiệt độ của
dòng sản phẩm để tránh các phản ứng oxy hóa tiếp tục diễn ra. Cịn ở tháp T-101, các khí

như propylene và oxygen chưa phản ứng, nitrogen và carbon dioxide được tách ra và xả
ra ngồi bằng cách cho dịng sản phẩm tiếp xúc với dịng nước. Dịng (7) và (9) chứa
dung dịch lỗng các acid sau khi ra khỏi tháp hấp thụ được làm mát đến 40oC bằng Cooler
E-100. Dòng (11) đi ra được tách thành 2 dòng (12) và (13). Dung dịch của nước, acrylic
acid và acetic acid (sản phẩm phụ của quy trình) khó có thể chưng cất để thu được các sản
phẩm tinh khiết nên ta sử dụng một dung môi hữu cơ khác để tách các acid ra khỏi nước
rồi tiến hành chưng cất tinh chế các sản phẩm. Dòng (12) được hoàn lưu lại về tháp hấp

21


thu T-100 cịn dịng (13) đi tiếp qua tháp trích ly lỏng - lỏng T-102 và được trích ly bằng
dung mơi hữu cơ là diisopropyl ether (dịng (14)) (dung mơi được chọn phải hòa tan tốt
Acrylic Acid và hòa tan kém trong nước, có thể sử dụng các dung mơi khác như: ethyl
acrylate, ethyl acetate, xylene, diisobutyl ketone, methyl isobutyl ketone) để tách acid ra
khỏi nước. Dòng sản phẩm (lớp hữu cơ) sau khi tách nước (15) đi vào tháp hấp thụ có gia
nhiệt ở đáy T-103, sau đó dịng đi ra (18) sẽ được vào tháp tách V-100. Những bước sau
đó là q trình thu hồi lại dịng dung mơi diisopropyl ether. Dịng (35) thu hồi được lượng
diisopropyl ether lớn nhất, với 99,4% được hồi lưu lại dòng DIPE (14) ban đầu để tiếp
tục q trình tách. Dịng (19) đi ra từ tháp T-103 chứa tới 97% acrylic acid sẽ được đem
qua tháp chưng cất T-105 để tách acetic acid và acrylic acid ra, thu được 99,6% mol
acrylic acid ở đáy và 35,97% mol acetic acid ở đỉnh.
3.2. Các cấu tử
Từ cơ sở lý thuyết, các cấu tử sử dụng trong Hysys gồm nước, propene
(propylene), oxi, nito, Acrylic Acid, khí CO2, Acetic Acid và dung mơi di-i-P-Ether
(DIPE).

Hình 15. Các cấu tử trong quy trình
3.3. Gói nhiệt động

Hình 16. Các hệ số nhị phân trong gói UNIQUAC trong Hysys

22


Do có chất phân cực mạnh trong phần chọn cấu tử nên khơng thể sử dụng gói PengRobinson hay PRSV. Thay vào đó, xét các điều kiện hoạt động của quy trình thì ta chọn
gói UNIQUAC với các hệ số tương tác nhị phân được xác định dựa trên UNIFAC VLE.
3.4. Thơng số và thành phần mol của các dịng
Tên dòng

1

2

3

4

5

6

7

Water

Gas off

Nhiệt độ (°C)

255.5

183.79

183.5

310

40

40.0042

82.362

25

24.28

Áp suất (kPa)

500.04

500.04

414.97

364.97

272.83

240

240

500

100

Tỉ lệ mol pha

1

1

1

1

1

0

0

1

13543

20930

20930

20930

7046.2

11729

144201

11686

13543

467.84

820.44

820.44

792.10

272.83

408.63

7429.67 407.62

467.84

8

9

10

11

12

13

14

15

16

Nhiệt độ (°C)

26.73

72.68

72.69

40

40

40

40.09

40.03

40.09

Áp suất (kPa)

240

240

300

272.82

272.82

272.82

240

240

240

Tỉ lệ mol pha

0

0

0

0

0

0

0

0

0

hơi
Suất lượng dòng
(kg/h)
Suất lượng dòng
(kmol/h)

hơi
Suất lượng dòng

28867

173068 173068 173068 135000

38068

132270 138976

31362

(kg/h)
Suất lượng dòng 1601.01 9030.7

9030.6

9030.6

7044.2

1986.4

1300

1548.4

1737.9

(kmol/h)
17

18

19

20

21

22

23

24

25

Nhiệt độ (°C)

62.46

71.19

161.82

62.3

62.3

62.3

62.46

62.46

62.46

Áp suất (kPa)

300

120

190

100

100

100

300

300

300

Tỉ lệ mol pha

0

1

0

0.0023

1

0

0

0

0

hơi
23


Suất lượng dòng

569757 705712

3021

705712

1476

704235

704235 569691

134544

(kg/h)
Suất lượng dòng

6300

7806.4

42.079

7806.4

18.52

7787.9

7787.9

6300

1487.9

26

27

28

29

30

31

32

33

34

Nhiệt độ (°C)

55.73

40.09

81.23

40

40

40

40.09

40.09

40.09

Áp suất (kPa)

240

240

150

130

130

130

240

240

240

Tỉ lệ mol pha

0

0

1

0

1

0

0

0

0

165906

25436

0

156412

156412

25436

130976

3225

250

1537

0

1537

1537

250

1287

Waste

DIPE

35

(kmol/h)

hơi
Suất lượng dòng

156412 156412

(kg/h)
Suất lượng dòng

1537

(kmol/h)

water
Nhiệt độ (°C)

118.62

40

40.09

Áp suất (kPa)

190

240

240

Tỉ lệ mol pha

0

0

0

34930

1296

132273

1938

12.68

1300

hơi
Suất lượng dòng
(kg/h)
Suất lượng dòng
(kmol/h)

Bảng 1. Thơng số các dịng

24


Thành phần dòng

1

2

3

4

5

6

7

Water

Gas off

Propene

0

0.052

0.052

0

0

0

0

0

0

Air

1

0.570

0.570

0.499

0.001

0.966

06

0

0.966

CO2

0

0

0

0.002

0

0.003

0

0

0.003

H2O

0

0.377

0.377

0.445

0.978

1

0.030

Acetic acid

0

0

0

0.001

0.001

0

06

0

0

Acrylic acid

0

0

0

0.053

0.021

08

0.025

0

0

di-i-P-Ether

0

0

0

0

0

0

0

0

0

8

9

10

11

12

13

14

15

16

Propene

0

0

0

0

0

0

0

0

0

Air

0

0.001

0.001

0.001

0.001

0.001

0

0.001

0

CO2

0

0

0

0

0

0

0

0

0

H2O

0.999

0.978

0.978

0.978

0.978

0.978 0.005 0.137

Acetic acid

0

0.001

0.001

0.001

0.001

0.001

0

0.001

0

Acrylic acid

0

0.021

0.021

0.021

0.021

0.021

0

0.027

0

di-i-P-Ether

0

0

0

0

0

0

0.995 0.835

0

17

18

19

20

21

22

23

24

25

Propene

0

0

0

0

0

0

0

0

0

Air

0

0

0

0

0.060

0

0

0

0

CO2

0

0

0

0

0

0

0

0

0

H2O

0.139

0.140

0

0.140

0.214

Acetic acid

0

0

0.022

0

0

0

0

0

0

Acrylic acid

0

0

0.978

0

0

0

0

0

0

di-i-P-Ether

0.860

0.860

0

0.860

0.725

26

27

28

29

30

31

32

33

34

Propene

0

0

0

0

0

0

0

0

0

Air

0

0

0

0

0.165

0

0

0

0

CO2

0

0

0

0

0

0

0

0

0

25

0.030 0.974

0.139 0.139 0.139

0.860 0.860 0.860

1.000

0.139

0.860


H2O

0.603

0.005

0.005

0.005

0.008

Acetic acid

0

0

0

0

0

0

0

0

0

Acrylic acid

0

0

0

0

0

0

0

0

0

di-i-P-Ether

0.397

0.995

0.995

0.995

0.827

35

Waste

DIPE

Acrylic

Acetic

acid

acid

water
Propene

0

0

0

0

0

Air

0

0

0

0

0

CO2

0

0

0

0

0

H2O

0.005

1.000

0

0

0

Acetic acid

0

0

0

0.004

0.360

Acrylic acid

0

0

0

0.996

0.640

di-i-P-Ether

0.995

0

1.000

0

0

0.005 0.005 0.005

0.995 0.995 0.995

Bảng 2. Thành phần mol của các dịng
3.5. Thiết bị chính
a. Thiết bị phản ứng

Hình 17. Thơng số thiết kế thiết bị phản ứng PFR-100
26

0.005

0.995


Unit

PFR-100

Pressure Drop

kPa

50

Heat Flow

kJ/h

22650551

Reactor Volume

m3

21.67

Bed Voidage

0.5

Bảng 3. Thông số hoạt động của thiết bị phản ứng PRF-100

Hình 18. Thơng số dịng vào thiết bị phản ứng

27