MÔN HỌC: CÔNG NGHỆ HOÁ DẦU VÀ CHẾ BIẾN POLYME ĐềTài: Tìm hiểu công nghệ sản xuất dimethyl terephtalat và tính toán một số thông số kỹ thuật cho dây chuyền với công suất 200 000 tấnnăm.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
Bộ môn: Lọc Hóa - Dầu
ĐỒ ÁN
MÔN HỌC: CÔNG NGHỆ HOÁ DẦU VÀ CHẾ BIẾN POLYME
ĐềTài: Tìm hiểu công nghệ sản xuất dimethyl terephtalat và tính toán
một số thông số kỹ thuật cho dây chuyền với công suất 200 000 tấn/năm.
TS.TỐNG THỊ THANH HƯƠNG
MAI VĂN NAM
Lớp: Lọc Hóa Dầu A - K54
MSSV: 0964040037
Hà Nội – 12/2013
GVHD: TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Page 1
LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, công nghiệp càng phát triển, nhu cầu về sản phẩm ngày càng
phong phú nên nhu cầu về hoá chất ngày càng tăng. Do đó, công nghiệp hoá
chất là một ngành công nghiệp không ngừng phát triển, và có ảnh hưởng quan
trọng tới một vài ngành công nghiệp khác. Trên cơ sở đó, quy trình sản xuất
luôn được cải tiến và đổi mới để ngày càng hoàn thiện hơn. Vấn đề đặt ra là
việc sử dụng hiệu quả năng lượng cho quá trình sản xuất nhưng vẫn đảm bảo về
năng suất.
Một trong những sản phẩm được quan tâm nhiều hiện nay là Dimethyl
Terephtalate với những ứng dụng rộng rãi của nó đối với ngành công nghiệp sản
xuất chất dẻo, nhựa, tơ sợi tổng hợp và một số polyester đặc trưng trong ngành
hóa tổng hợp. Để thu được Dimethyl Terephtalate chất lượng với hiệu suất cao
cần phải có một quy trình công nghệ sản xuấtđảm bảo các yêu cầu kỹ thuật, phù
hợp với đặc tính của nguyên liệu đầu vào và sản phẩm đầu ra, đồng thời giảm
được sự tiêu hao hóa chất và lượng nhiệt cho quá trình tổng hợp sản phẩm.Với
mục tiêu đó, đồán công nghệ này nhằm thiết kế “Quy trình công nghệ sản xuất
Dimethyl Terephtalate” từ Axit Terephthalic và Methanol dưới xúc tác của axit
Sunfuric.
Đồ án được trình bày theo 3 chương

Chương 1: Cơ sở lý thuyết
Chương 2: Thiết kế quy trình công nghệ
Chương 3: Tính toán thiết kế
- Tính toán cân bằng vật liệu trong tháp phản ứng
- Tính toán cân bằng nhiệt lượng
GVHD: TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Page 2
CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
I. Giới thiệu về Dimethyl terephthalate
1.Định nghĩa
Dimethylterephthalate (DMT) là một este của axit terephthalicvà methanol.
DMT là một thành phần chính được sử dụng trong sản xuất polyester và nhựa
công nghiệp.
2.Tính chất lý hoá của Dimethyl terephthalate( DMT)
- Công thức cấu tạo:
- Công thức phân tử: C
6
H
4
(CO
2
CH
3
)
2
.
- Tên theo hệ thống là: dimethyl 1,4-
benzenedicarboxylate ( hoặc terephthalic axit ester dimethyl ).
a. Tính chất vật lí
Bảng 1 !"#!!$#![1]
Khối lượng phân tử M = 194,18 g/mol

Độ hòa tan 1.2 g/cm
3
Nhiệt độ nóng chảy t
nc
= 142 ( 288 )
Nhiệt độ sôi t
s
= 288 ( 550 )
Độ axit pK
a
= - 7,21
Độ kiềm pK
b
= - 6,60
Mật độ hơi ( so với không khí) 1,04
Áp suất hơi 1.15 mmHg (93)
Ngoài các thông số vật lý nêu ra ở bảng 1 trên thì Dimethyl terephthalate còn
có một vài tính chất đặc trưng như sau:
GVHD: TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Page 3
- DMT là một hợp chất hữu cơ màu trắng, không mùi, tồn tại ở dạng chất rắn kết
tinh dạng tinh khiết bất thường ở nhiệt độ phòng.
- DMTcó tính ổn định cao nhưng rễ cháy nổ.
- DMT nóng chảy sẽ gây bỏng nặng cho da khi tiếp xúc.
- Độ tan của DMT trong các dung môi thông thường ( nước, ether ) nhưng dễ tan
trong ethanol nóng.
b. Tính chất hóa học
Dimethyl terephthalate là một chất hữu cơ có đầy đủ tính chất của một este có
gốc hydrocacbon và gốc axit nên có khả năng tham gia tất cả các phản ứng điển
hình của một este như:
- DMT xảy ra phản ứng với axit để giải phóng nhiệt cùng với rượu và axit. Axit

oxy hóa mạnh có thể gây ra một phản ứng mạnh mẽ đó là đủ tỏa nhiệt để đốt
cháy các sản phẩm phản ứng. Nhiệt cũng được tạo ra bởi sự tương tác của este
với các giải pháp kiềm.
- Tham gia phản ứng xà phòng hóa
- Trộn este DMT với các kim loại kiềm và hiđrua tạo ra hydro dễ cháy.
- DMT là chất hóa học nhạy cảm với nhiệt, dễ tan chảy khi phản ứng với nước do
nhiệt độ.
- DMT không tương thích với chất oxi hóa mạnh, axit mạnh và bazơ mạnh.
Dưới đây là một số phản ứng điển hình của DMT với các chất:
- Phản ứng của DMT với Ethylene Glycol tạo Bis-(2-hydroxyethyl)terephthalate
ở 150-200:
GVHD: TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Page 4
Dimethyl terephthalate
+
CH
2
HO
CH
2
OH
Ethylene glycol
CH
2
CH
2
OH
CH
2
HO
CH

2
+
OH
2 CH
3
Bis-(2-hydroxyethyl) terephthalate
Methanol
- Phản ứng của DMT với EG tạo ra hỗn hợp hai sản phẩm ứng dụng trong ngành
công nghiệp dệt may, tổng hợp tơ sợi tiêu dùng và công nghiệp:
CH
2
HO
CH
2
OH
+
DMT
EG
-CH
3
OH
H
3
C
CH
2
HO
CH
2
HET

CH
2
HO
CH
2
CH
2
CH
2
OH
BHET
- Phản ứng với hỗn hợp (butanol và 2-metyl-1-propanol) với xúc tác hồi
lưu thú được hỗn hợp các sản phẩm và methanol:
- Phản ứng với 1,4-butanediol(BDO) tạo thành Bishydroylbutyl Terephthalate
(BDO este) và methanol
GVHD: TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Page 5
O
O
H
3
C
O
O
HO
+
(CH
2
)
4
OH

O
O
O
O
(CH
2
)
4
OH
OH(CH
2
)
4
Dimethyl terephthalate
Methanol
1,4-butanediol(BDO)
CH
3
OH
Bishydroxylbutyl terephthalate
(BDO este)
+
- Phản ứng của DMT với 1,3-propanediol tạo thành Polytrimethylene
Terephthalate (PTT):
C
6
H
4
(COOCH
3

)
2
+ HO(CH
2
)
3
OH → [O
2
CC
6
H
4
CO
2
(CH
2
)
3
)]
n
+ 2 CH
3
OH
- Phản ứng của DMT với 2-Ethyl hexanol tạo thành Dioctyl Terephthalate
(DOTP) cho ứng dụng hóa dẻo PVC:
C
6
H
4
(CO)

2
(OCH
3
)
2
+ 2 C
8
H
17
OH → C
6
H
4
(CO
2
C
8
H
17
)
2
+ CH
3
OH
3. Ứng dụng của hợp chất
- DMT được sử dụng trong sản xuất polyester, bao gồm Polyethylene
Terephthalate (PET) và Polytrimethylene Terephthalate (PTT) với vai trò là
benzene thay thế với các nhóm carboxymethyl (CO
2
CH

3
) tại các vị trí 1 và 4
vìDimethyl Terephthalate dễ bay hơi và là chất trung gian trong một số chu
trình hồi lưu của PET, ví dụ như từ chai nhựa.
- Hydro hóa DMT thành các diol cyclohexanedimethanol là một monomer hữu
ích.
- DMTlà một nguyên liệu được sử dụng trong sản xuất phi orthophthalate dẻo sự
dụng rượu khác nhau.Ngoài ra, DMT được sử dụng trong việc sản xuất các
Polybutylene Terephthalate, một nhựa nhiệt dẻo kỹ thuật Polymer.
- Các dẫn xuất của DMT cũng tìm thấy sử dụng rộng rãi trong men dây polyester
và cách điện vecni, polyester không bão hòa và lớp phủ polyester, chất kết dính
GVHD: TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Page 6
nóng chảy nhựa alky kháng, phụ gia cho mỡ bôi trơn đặc biệt và nguyên liệu
ngành dệt nhuộm.
II. Các phương pháp sản xuất Dimethyl Terephthalate
1. Sản xuất Dimethyl Terephthalate từ nguyên liệu p-xylen
Khái quát quá trình tổng hợp DMT từ nguồn nguyên liệu p-xylen theo
phương trình phản ứng sau:
[O
2
]
CH
3
CH
3
CH
3
OH/Co
O
2

CH
3
OH
C
C
TA
OH
O
OH
O
C
C
OCH
3
O
OCH
3
O
DMT
Các quá trình phản ứng diễn ra trong quá trình tổng hợp này được mô tả bởi
Katzschmann thông qua các giai đoạn sau :
- Quá trình oxy hóa không khí của p-xylen tạo thành axit p-toluic:
C
6
H
4
-(CH
3
)
2

+ CH
3
-C
6
H
4
-COOH + H
2
O ;
= - 690 kJ/mol
- Este hóa của axit p-toluic bởi methanol tạo thành p-methyl toluate:
CH
3
-C
6
H
4
-COOH + CH
3
OH CH
3
-C
6
H
4
-COCH
3
+ H
2
O ;

= - 30 kJ/mol
- Quá trình oxy hóa của các nhóm methyl còn lại sinh ra axit methyl
terephthalate:
CH
3
-C
6
H
4
-COCH
3
+ HOOC-C
6
H
4
-COO-CH
3
+ H
2
O;
GVHD: TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Page 7
= - 675kJ/mol
- Este hóa axit methyl terephthalate đến dimethyl terephthalate:
HOOC-C
6
H
4
-COO-CH
3
+ CH

3
OH H
3
C-OOC-C
6
H
4
-COO-CH
3
+ H
2
O;
= - 675kJ/mol
Theo phương pháp sản xuất này thì hiệu suất thu được Dimethyl
Terephthalate (DMT) thấp vì có sự mất mát nguyên liệu ở từng giai đoạn phản
ứng, đồng thời quá trình này tiêu hao nhiệt nhiều cho quá trình các oxi hóa và
ester hóa. Xúc tác cho quá trình sản xuất này là Co/Mn kim loại nên khả năng
tái sinh xúc tác kém và cần nhiều thiết bị phụ trợ cho quá trình. Việc thu hồi sản
phẩm cũng diễn ra phức tạp và cần nhiều công đoạn nên ảnh hưởng đến yếu tố
kinh tế cao.
2. Sản xuất Dimethyl Terephthalatetừ phản ứng ester hóa của axit
terephthalic và methanol
Dimethyl Terephthalate (DMT) được sản xuất từ quá trình ester hóa của axit
terephthalic và methanol dưới xúc tác là dung dịch H
2
SO
4
theo phương trình
tổng hợp sau:
COOH

COOH
2 CH
3
OH
H
2
SO
4
COOCH
3
COOCH
3
2 H
2
O
Phương pháp sản xuất này sử dụng nguồn nguyên liệu trực tiếp sẵn có trên
thị trường, quá trình sản xuất diễn ra đơn giản ít thiết bị phản ứng nên dễ kiểm
soát hoạt động của các thiết bị. Cùng với đó hiệu suất thu Dimethyl
Terephthalate (DMT) đạt giá trị cao và có thể tận dụng nguồn methanol hồi lưu
cho phản ứng tổng hợp DMT.
GVHD: TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Page 8
3. Nguồn nguyên liệu cho quá trình tổng hợp Dimethyl Terephthalate
theo phương pháp este hóa
Từ việc so sánh các phương pháp sản xuất DMT ở trên, nhóm chúng tôi đã
lựa chọn phương pháp một giai đoạn là quá trình sản xuất DMT trực tiếp từ axit
terephthalic và methanol dưới xúc tác là dung dịch H
2
SO
4
.

4. Axit terephthalic
Axit terephthalic là chất màu trắng có mùi hơi chua, thông thường ở dạng tinh
thể hoặc bột, có thể gây kích ứng mắt, da và đường hô hấp. Nhiệt độ nóng chảy
của axit terephthalic cao là vì nó có khả năng tạo liên kết hydro giữa 2 phân tử,
một phần nữa là do axit terephthalic (para-phthalic axit) có cấu trúc đối xứng
nên mạng lưới tinh thể có cấu trúc chặc chẻ hơn. Axit terephthalic kém tan
trong nước và rượu, độ hòa tan trong nước là 0.0017g/100ml nước ( ở 25oC).
Axit terephthalic là một axit đa chức, tính axit yếu ( so với các axit vô cơ mạnh
như H
2
SO
4
, HCl, HNO
3
) nhưng có tính axit mạnh hơn các hợp chất hữu cơ có
chứa nhóm –OH.
Để có nguồn axit terephthalic cho quá trình này thì người ta đi từ quá trình oxy
hóa nitric của p-xylen ở điều kiện 165 và 1.10
6
Pa theo phương trình:
C
6
H
4
-(CH
3
)
2
+ HNO
3

C
6
H
4
-(COOH)
2
+ 4HNO
2
+ 4NO;
= 750 kJ/mol
5. Methanol
- Methanol là một hợp chất hữu cơ ở trạng thái lỏng, không màu, có mùi ancol
nhẹ đặc trưng, dễ bay hơi, dễ cháy ở nhiệt độ thường.
- Ở nhiệt độ phòng, nó là một chất lỏng phân cực, và được sử dụng như một chất
chống đông, dung môi, nhiên liệu, và như là một chất làm biến tính cho ethanol.
Dẫn đến nguồn methanol trong công nghiệp được sản xuất chủ yếu bởi quá
trình tổng hợp hydrocacbon .
GVHD: TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Page 9
6. Axit sunfuric
Axit sunfuric là một axit vô cơ mạnh, màu trắng tồn tai ở dạng lỏng với
nhiều dạng nồng độ khác nhau, có khả năng hòa tan vô hạn trong nước và tỏa
nhiều nhiệt với bất kỳ tỷ lệ nào. Axit sunfuric được ứng dụng rộng rãi trong
ngành công nghiệp hóa chất. Ngoài ra axit sunfuric còn đóng vai trò là chất xúc
tác cho các phản ứngeste hóa với vai trò khử nước để tăng hiệu suất của quá
trình và tránh gây các phản ứng phụ không mong muốn xảy ra.
III. Cơ sở của phản ứng este hóa tạo DMT
1.Cơ chế của phản ứng tạo thành DMT
Xét phương trình phản ứng tạo thành DMT từ nguồn nguyên liệu là axit
terephthalic và methanol:
COOH

COOH
2 CH
3
OH
H
2
SO
4
COOCH
3
COOCH
3
2 H
2
O
Phản ứng thuộc phản ứng thay thế - phản ứngeste hóa dưới xúc tác axit, xảy
ra theo cơ chế phản ứng như sau: đầu tiên H
+
tấn công vào nhóm cacbonyl, diễn
ra quá trình proton hóa tạo thành cation trung gian. Sau đó oxi của methanol tấn
công vào cation, kèm theo sự proton hóa và tách nước. Cơ chế phản ứng này
diễn ra như các cơ chế của phản ứng este hóa hợp chất hữu cơ khác.
H
+
của xúc tác H2SO4 tấn công vào gốc cacbony của axit terephthalate diễn
ra quá trình proton hóa tạo thành cation trung gian, sau đó nhóm hydroxyl và
chức CH
3
của rượu methanol tấn công vào cation OH
+

mới hình thành và C của
nhóm cacbonyl của axit terephthalate. Sau đó chuyển vị H
+
(proton hóa) để tách
nước và tạo thành Dimethyl Terephthalate theo cơ chế sau:
GVHD: TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Page 10
C
OH
O
OH
O
C
+
2 H
+
C
OH
+
HO
OH
OH
+
C
HOR
'

C
OH
O
OH

C
HO
R'
H
+
O
OH
R'
H
+
C
OH
R'O
OH
C
H
2
O
+
OR'
OH
2
+
R'O
OR'
OR'
H
2
O
C

OH
OH
C
+
+
+
C
O
R'O
O
C
+
H
3
O
2
+
Phản ứng este hóa xảy ra một loạt đảo ngược phản ứng phản ứng cân bằng là
phản ứng kiểm soát este hóa và phản ứng kiểm soát quá trình thủy phân của
este.
Rượu sử dụng để nhận nước este hóa hình thành nhóm hydroxyl có nguồn
gốc từ các axit cacboxylic và rượu hydro. Nhưng este hóa của axit cacboxylic
với rượu là một rượu alkoxy. Phản ứng este hóa, rượu như một tác nhân
nucleophin tấn công vào nhóm cacbonyl dưới dạng ái điện tử, ái nhân carboxyl
đóng vai trò hiện diện của một axit Protonic.
2. Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng este hóa tạo DMT
- Phản ứng tạo DMT là thuận nghịch tỏa nhiều nhiệt với = - 675kJ/mol. Khi nhiệt
độ tăng thì hiệu suất phản ứng tăng, nhưng thường thì thực hiện phản ứng ở
nhiệt độ sôi của metanol để tránh trường hợp metanol bay hơi quá nhiều làm
giảm hiệu suất phản ứng, cũng như tốn năng lượng làm lạnh và hạn chế phản

ứng phụ xảy ra (do nhiệt độ cao).
GVHD: TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Page 11
- Nếu thời gian quá ngắn thì lượng nguyên liệu phản ứng còn ít, hiệu suất
thấp.Tuy nhiên nếu thời gian phản ứng quá lâu thì tạo ra nhiều sản phẩm phụ và
tốn nhiều chi phí. Thời gian phản ứng phù hợp thì cần phải khảo sát vì nó còn
phụ thuộc vào loại nguyên liệu, xúc tác và cả nhiệt độ phản ứng.
- Các loại xúc tác với hoạt tính khác nhau nên lượng xúc tác cần dùng cũng khác
nhau.Ngoài ra lượng xúc tác còn phụ thuộc vào nguyên liệu.thường thì xúc tác
càng nhiều sẽ cho hiệu suất phản ứng càng cao. Nếu không có sự hiện diện của
một axit, các phản ứng este hóa giữa axit với rượu xảy ra rất khó khăn. Lựa
chọn xúc tác cho quá trình este hóa tạo DMT là axit H
2
SO
4
đặc nóng vì có sự
hình thành hydrat hóa:
H
2
SO
4
+ H
2
O → H
3
O
+
+ HSO
4
-
HSO

4
-
+ H
2
O → H
3
O
+
+ SO
4
2
Do sự hyđrat hóa của axít sulfuric là phản ứng thuận xét theo nhiệt động lực
học (ΔH = 880 kJ/mol), axít sulfuric là một chất hấp thụ nước rất tốt và tạo ra
H
+
để tham gia tấn công vào nhóm cacbony của axit terephthalic tạo điều kiện
tốt cho phản ứng este hoa diễn ra cân bằng.
Theo lý thuyết tỉ lệ axit terephthalic/methanol là 1/2 vì đảm bảo sự hình
thành DMT theo nguyên tắc phản ứng este hóa và với lượng vừa đủ
methanol như vậy để tránh các phản ứng phụ trong quá trình tổng hợp
DMT xảy ra. Đó là các phản ứng tạo môi trường không tốt cho quá trình
tổng hợp DMT:
CH
3
OH + H
2
SO
4
CH
3

HSO
4
+ H
2
O
CH
3
HSO
4
+ H
2
SO
4
(CH
3
)
2
O + H
2
SO
4
- Phương pháp thu hồi Dimethyl Terephthalate (DMT): trong quá trình sản xuất
Dimethyl Terephthalate (DMT) theo phương pháp este hóa thì ngoài DMT ra
còn có chứa chủ yếu phần hơi methanol. Để thu được DMT nguyên chất người
GVHD: TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Page 12
ta sử dụng phương pháp chưng cất để thu methanol hồi lưu cho quá trình ester
hóa. Đồng thời lượng sản phẩm là DMT thô thu được sẽ được đem kết tinh để
thu được DMT tinh khiết. Xúc tác của quá trình tổng hợp DMT thu hồi được sẽ
được đem xử lý bằng cách dùng loại bazơ thích hợp để trung hòa và đem ứng
dụng cho các quá trình sản xuất hóa học khác.

Chương II CÁC QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
I. Công nghệ đơn giản sử dụng áp lực
Từ este hóa axit terephthalic với methanol để sản xuất Dimethyl
Terephthalate theo phương pháp cân bằng áp lực có sử dụng xúc tác axit
sulfuric, nhiệt độ phản ứng 65-100 ℃, thời gian phản ứng 10-16h. Phương pháp
này lượng methanol được tiêu thụ với số lượng lớn, năng lực sản xuất thấp.
Nhưng khi tăng áp lực phản ứng este hóa khoảng 0.39 – 0.49MPa thì thời gian
phản ứng có thể được rút ngắn xuống còn 1-2h, giảm thất thoát methanol so với
phương pháp cân bằng áp lực. Trong những năm gần đây, phản ứng este hóa sản
xuất Dimethyl Terephthalate lỏng thường ở áp suất cao, nhiệt độ phản ứng là
250-300 ℃, áp lực của 2-2.5MPa, có chất xúc tác là thiếc, kẽm, hợp chất
antimony để thu Dimethyl Terephthalate năng suất lên đến 96-98% hoặc cao
hơn.
II. Lựa chọn phương pháp sản xuất Dimethyl Terephthalate (DMT)
Từ việc so sánh các phương pháp sản xuất DMT ở trên, nhóm chúng tôi đã
lựa chọn phương pháp một giai đoạn là quá trình sản xuất DMT trực tiếp từ axit
terephthalic và methanol dưới xúc tác là dung dịch H2SO4 đặc nóng.Phương
pháp này thì ít phức tạp hơn các phương pháp còn lại về các thiết bị phản ứng
và nguồn nguyên liệu sẵn có phù hợp với nguồn cung cấp hoaschaats củat hị
trường trong nước. Phương pháp này hoạt động ở điều kiện nhiệt độ, áp suất
GVHD: TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Page 13
Methanol Methanol
Xúc tác H2SO4
Axit terephthalic
PHẢN ỨNG
TCH
XỬ LÝ CẶN VÀ THU HỒI XÚC TC
KẾT TINH SẢN PHẨM
đơn giản với năng suất ổn định và thu được sản phẩm là DMT với hiệu suất thu
hồi cao.

III. Xây dựng quy trình sản xuất Dimethyl terephthalate
Từ những đánh giá tổng quan về cơ sở hóa lý, nguồn nguyên liệu và tính khả
quan của phương pháp sản xuất DMT từ phương pháp este hóa trực tiếp giữa
axit terephthalic và methanol dưới xúc tác H
2
SO
4
đặc nóng thì quy trình công
nghệ sản xuất được thiết kế theo ý tưởng sau:
Hình 2:%&'(")*+(, !"#!!$#!-$%$$
!!. !/#0!!$#1
Quá trình sản xuất Dimethyl terephthalate bằng phương pháp este hóa
methanol và acid terephthalic trải qua các giai đoạn: phản ứng, tách, thu hồi sản
phẩm và xử lý cặn, thu hồi xúc tác.
- Phản ứng: thực hiện quá trình este hóaeste hóa methanol và acid terephthalic có
sự tham gia của xúc tác H
2
SO
4
.
GVHD: TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Page 14
SẢN PHẨM
- Tách sản phẩm: phần dung dịch DMT sau phản ứng còn lẫn methanol, xúc tác
sẽ được đưa qua hệ thống các thiết bị tách để thu hồi methanol hồi lưu lại cho
quá trình sản xuất, phần cặn và xúc tác sẽ được đưa vào hệ thống các thiết bị xử
lý.
- Sau khi qua hệ thống các thiết bị tách thì sản phẩm là DMT dạng dung dịch sẽ
được đưa qua thiết bị kết tinh để thu DMT dạng tinh khiết và dễ đem bảo quản
để làm nguồn nguyên liệu cho các quá trình sản xuất khác.
1. Công nghệ Witton - Hegelishi (Witten-Hercules):

Một cách khác để sản xuất Dimethyl Terephthalate là thông qua việc sản
xuất DMT theo phương pháp sản xuất của Witton - Hegelishi (Witten-
Hercules), trong đó sử dụng p- xylen cho quá trình oxy hóa, với quá trình oxy
hóa đầu tiên của este carboxyl để tránh xảy ra quá trình oxy hóa xuất hiện tiếp
theo của phản ứng phụ. Để đơn giản hóa quá trình này, có thể được kết hợp
trong một quá trình oxy hóa hai bước của lò phản ứng oxy hóa, đồng thời được
kết hợp trong quá trình este hóa hai bước este hóa lò phản ứng. Sản phẩm của p-
xylen và methyl benzoat lưu trong một lò phản ứng tháp đồng thời các phản ứng
oxy hóa, nhiệt độ phản ứng 140-170 ℃, áp suất 0.4-0.7MPa, có xúc tác muối
Coban hay Coban kim loại và muối mangan, không khí liên tục bị oxy hóa cho
quá trình sản xuất methyl benzoat và monomethyl terephthalate. Sản phẩm oxy
hóa tại 200-280 ℃, 2-2.5 MPa với một lượng dư của methanol trong các phản
ứng este hóa. Từ trên cùng của lò phản ứng sản phẩm chưng cất este hóa của
methanol, chưng cất tái chế sau khi sử dụng; este hóa lò phản ứng từ phía dưới
ra khỏi este thô, tách bằng cách chưng cất của methyl benzoat (tái chế để các lò
phản ứng oxy hóa) và Dimethyl Terephthalic. DMT thô sẽ được hòa tan với
dimethyl terephthalate được hòa tan trong methanol, và kết tinh để kết tinh, tách
ly tâm, và dimethyl terephthalate kết quả hơn nữa tinh chế bằng chưng cất, ví
GVHD: TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Page 15
dụ, sản phẩm cấp chất xơ, độ tinh khiết ≥ 99,9%. Tiêu hao nguyên liệu cố định:
p-xylene 630kg / tấn, 440kg methanol / tấn.
2. Công nghệ GT-DMT GTC[2]
Công nghệ GT-DMT GTC là một loạt các cải tiến quy trình sản xuất
dimethyl terephthalate. Công nghệ gồm quá trình oxy hóa, chưng cất, este hóa,
kết tinh, và xử lý nước thải và tiêu thụ năng lượng thấp hơn, tăng cường năng
lực và cải thiện năng suất. Nhiều dự án nhằm cải thiện sản xuất DMT từ
paraxylene và nguyên liệu methanol có kết quả trong các chương trình xử lý
hiệu quả cho quy trình sản xuất này.
Phương pháp phổ biến để sản xuất DMT từ p-xylen và methanoltheo công
nghệ CNG bao gồm bốn bước chính: quá trình oxy hóa, este hóa, chưng cất, và

kết tinh. Một hỗn hợp của PX và p-methyl toluate bị oxy hóa với không khí
trong sự hiện diện của một chất xúc tác kim loại nặng ( coban/mangan). Tất cả
các chất hữu cơ hữu ích được thu hồi từ các offgas và tái chế vào hệ thống. Hỗn
hợp axit từ quá trình oxy hóa là este hóa với methanol để tạo ra một hỗn hợp
của các este. Hỗn hợp este thô được chưng cất để loại bỏ tất cả các nồi hơi nặng
và dư lượng sản xuất; este nhẹ hơn được tái chế để phần quá trình oxy
hóa. DMT liệu sau đó được gửi đến phần kết tinh để loại bỏ DMT đồng phân,
axit còn lại và aldehyde thơm. Lọc này tạo ra DMT đáp ứng thông số kỹ thuật
trên thế giới thị trường và được ưa thích trong một số ứng dụng polyester. Các
sản phẩm được thu hồi để bán hoặc đốt cho giá trị nhiên liệu và vật liệu trung
gian có thể sử dụng được tái chế.
GVHD: TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Page 16
Hình 1%&'(")2342
GVHD: TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Page 17
IV. Các thiết bị trong sơ đồ công nghệ sản xuất DMT
1. Thiết bị phản ứng
Xảy ra quá trình biến đổi hóa học từ nguồn nguyên liệu ban dầu dưới tác
dụng của các quá trình tuyền nhiệt, truyền khối dưới sự điều chỉnh nhiệt độ, áp
suất phù hợp với cơ chế của phản ứng diễn ra để đạt năng suất và hiệu suất cao
nhất. có nhiều laoij thiết bị phản ứng phù hợp cho từng loại phản ứng diễn ra
như phản ứng este hóa, oxi hóa, nhiệt phân hủy…Các thiết bị phản ứng phổ
biến như thiết bị phản ứng liên tục có cánh khuấy, thiết bị phản ứng làm việc
gián đoạn và thiết bị phản ứng bán liên tục.
Hình 3: Các dạng thiết bị phản ứng
2. Thiết bị trao đổi nhiệt
Thiết bị trao đổi nhiệt giúp gia nhiệt cho dòng nguyên liệu trước khi đưa vào
hệ thống các thiết bị chuyển hóa khác nhau để tạo điều kiện nhiệt độ thuận lợi
cho quá trình chuyển hóa diễn ra như chuyển hóa tạo sản phẩm, dùng cho tháp
chưng, và các giai đoạn khác nhau trong quy trình sản xuất
Có nhiều loại thiết bị gia nhiệt khác nhau như thiết bị gia nhiệt dạng ống

chum, thiết bị gia nhiệt dạng tấm, thiết bị gia nhiệt hơi nước Reboiler…
GVHD: TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Page 18
a. Thiết bị gia nhiệt dạng tấm b. Thiết bị gia nhiệt Reboiler
Hình 4:4567
3. Thiết bị chưng cất
Chưng cất là quá trình dùng nhiệt để tách một hỗn hợp lỏng ra thành các cấu
tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp ở cùng
một nhiệt độ.Chưng cất dựa trên nhiệt độ sôi khác nhau của các chất lỏng tham
gia.
Có nhiều phương pháp chưng cất khác nhau như: chưng cất phân đoạn,
chưng cất lôi cuốn…sử dụng các thiết bị chưng khác nhau như tháp chưng mâm
xuyên lỗ, tháp chưng đĩa. Tháp chưng mâm chóp, tháp đệm…Trong quá trình
sản xuất DMT sử dụng tháp chưng lôi cuốn để thu hồi sản phẩm DMT và lượng
methanol dung hồi lưu cho quá trình este hóa.
4. Thiết bị tách
Thiết bị tách giúp tách riêng các sản phẩm khác nhau để thu hồi lại dòng sản
phẩm mong muốn và đưa hồi lưu cho quá trình sản xuất. có nhiều loại thiết bị
tách khác nhau như thiết bị tachs2 pha, tách 3 pha… Sử dụng thiết bị tách trong
quá trình sản xuất DMT để tách Methanol hồi lưu cho quá trình este hoa diễn ra
và tách loại bỏ xúc tác dư trong quá trình để đem xử lý và thu hồi.
GVHD: TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Page 19
5. Thiết bị phụ trợ
Các loại thiết bị phụ trợ khác như bơm, van, … dùng để diều chỉnh lưu
lượng các dòng nguyên liệu và sản phẩm vào ra cho quá trình sản xuất. Việc sử
dụng hệ thống các thiết bị phụ trợ này giúp kiểm soát được chế độ làm việc của
các thiết bị trong quy trình sản suất diễn ra an toàn hơn và tiết kiệm nguồn
nguyên liệu hơn.
Thiết bị kết tinh để kết tinh thu DMT dạng tinh thể để dễ lưu trữ sản phẩm
làm nguyên liệu cho quá trình sản xuất khác và đóng gói hay vận chuyển thuân
tiện dễ dàng hơn.

V. Thiết kế sơ đồ công nghệ sản xuất DMT
Sơ đồ thiết kế quy trình sản xuất DMT theo hình 5:
Nguyên liệu ban đầu là axit terephthalic và methanol từ hệ thống bể chứa (9)
cùng xúc tác axit sufuaric cho vào được đưa vào tháp phản ứng liên tục có cánh
khuấy (1). Tại đây xảy ra phản ứng este hóa giữa axit terephthalic và methanol
dưới tác dụng của xúc tác H
2
SO
4
để tạo ra Dimethyl terephthalate. Hỗn hợp sau
phản ứng gồm lượng dư axit terephthalic, hơi methanol, xúc tác dư ở đỉnh tháp
phản ứng và sản phẩm Dimethyl terephthalate và methanol lỏng ở đáy tháp
phản ứng. Hỗn hợp đỉnh tháp được đưa qua thiết bị trao đổi nhiệt rồi qua thiết bị
tách để thu hồi nguồn nguyên liệu (axit terephthalic, methanol, xúc tác). Nguồn
axit terephthalic thu hồi từ tháp tách (4)được hồi lưu lại cho tháp phản ứng
(1).Sản phẩm đáy tháp (methanoldạng lỏng và DMT) đi qua thiết bị gia nhiệt sơ
bộ rồi đưa vào hệ thống chưng cất (2), (3) với sự gia nhiệt đáy tháp nhờ thiết bị
gia nhiệt hơi nước reboiler. Tại tháp chưng (2) phần hơi methanol được thu hồi
ở đỉnh tháp sau đó qua tháp tách (5) để thu hồi methanol hồi lưu cho nguồn
nguyên liệu sản xuất DMT ở tháp phản ứng và phần nước thải chứa xúc tác
được đưa ra ngoài để xử lý và thu hồi sau đó nguồn sản phẩm đáy tháp được gia
nhiệt sơ bộ rồi qua bơm đưa vào tháp chưng (3).Tại tháp chưng (3) phần sản
GVHD: TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Page 20
phẩm DMT được thu hồi ở đỉnh tháp sau đó qua tháp tách nước (6) và đi qua
thiết bị kết tinh để thu được DMT dạng tinh thể rồi đưa vào bể chứa sản phẩm
(10), cùng với đó phần thải gồm các hợp chất cặn và nước thải được đưa vào bể
chứa để thu hồi và xử lý.
CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN
I. Lựa chọn thiết bị chính
Thiết bị phản ứng là công cụ để thực hiện những công việc kỹ thuật như: có

khả năng điều khiển quá trình, hạn chế sự phát sinh nguồn năng lượng hoạt hóa,
hoạc cân bằng vật chất bằng sự thay đổi nhiệt độ, áp suất trong hệ hoặc dùng
xúc tác và các phương pháp khác như điện hóa, quang hóa và cơ học khác.Bản
chất kỹ thuật của quá trình là hiện tượng chuyển hóa.Vì vậy thiết bị phản ứng là
trọng tâm của các quá trình biến đổi hóa học.
Những phản ứng xảy ra trong thiết bị phản ứng không chỉ là những phản ứng
hóa học tuân theo những định luật về biến đổi chất thuần túy mà còn bao gồm
các quá trình khác cùng xảy ra và tác động qua lại lẫn nhau. Mọi phản ứng xảy
ra đều kềm theo quá trình thu nhiệt hoặc tỏa nhiệt ( nhiệt hóa học). Nhiệt hóa
học này làm thay đổi nhiệt độ của phản ứng do đó ảnh hưởng đến tốc độ phản
ứng và chất lượng của sản phẩm. Do yêu cầu về chất lượng sản phẩm cũng như
tránh xảy ra nhiều phản ứng phụ tạo sản phẩm không mong muốn mỗi phản ứng
cần phải thực hiện ở một chế độ nhất định và cần phải có hệ thống trao đổi
nhiệt, các hệ thống truyền khối và chế độ thủy động lực.
Như vậy các quá trình xảy trong thiết bị phản ứng là các quá trình thủy lực,
truyền nhiệt, truyền khối và phản ứng hóa học.
Có 3 loại thiết bị phản ứng là:
- Thiết bị phản ứng gián đoạn: là thiết bị phản ứng làm việc theo từng mẻ nghĩa
là chất tham gia phản ứng và các phụ gia, chất xúc tác được đưa vào thiết bị
GVHD: TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Page 21
phản ứng cùng lúc ở thời điểm đầu. Sau thời gian nhất định, khi đạt độ chuyển
hóa cho quá trình phản ứng người ta sẽ dừng thiết bị và tháo sảm phẩm ra.
+ 8(9 
- Tính linh động cao, dùng để thực hiện các phản ứng khác nhau tạo ra các
chất khác nhau.
- Đạt độ chuyển hóa cao có thể khống chế thời gian phản ứng.
- Chi phí đầu tư thấp do ít phải đầu tư các thiết bị tự động.
+ :;9 
- Năng suất thấp do thời gian làm việc một chu kỳ dài: đòi hỏi thời gian nạp
liệu, đốt nóng, làm nguội, tháo sảm phẩm.

- Mức độ cơ giới hóa và tự động hóa thấp, khó điều chỉnh và khống chế do
chế độ làm việc gián đoạn.
- Mức độ độc hại cao, công nhân phải trực tiếp tiếp xúc với sản phẩm do quá
trình tháo dỡ.
- Thiết bị phản ứng liên tục:là thiết bị phản ứng mà chất tham gia phản ứng và
sản phẩm được đưa vào và lấy ra liên tục, sau thời gian khởi động thì nhiệt độ,
áp suất, lưu lượng, nồng độ các chất tham gia phản ứng không bị thay đổi theo
thời gian thiết bị làm việc ở trạng thái ổn định.
+ 8(9 
- Có khả năng cơ giớ hóa và tự động hóa cao.
- Năng suất cao do không tốn thời gian nạp liệu và thaos sản phẩm.
- Chất lượng sản phẩm ổn định ro tính ổn định của quá trình.
+ :;9 
- Tính linh động kém ít có khả năng thực hiện tạo ra nhiều sản phẩm cho một
quá trình.
GVHD: TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Page 22
- Chi phí đầu tư cao và cần có hệ thống tự động hóa tối ưu cho quá trình phản
ứng.
- Thiết bị phản ứng bán liên tục: là thiết bị phản ứng mà các chất tham gia phản
ứng đưa vào gián đoạn, các chất khác đưa vào liên lục. Sản phẩm lấy ra có thể
gián đọa hay liên tục. Được sử dụng khi không có điều kiện diễn ra phản ứng
lien tục hay phương pháp gián đoạn thu hiệu suất thấp.
Các thiết bị phản ứng đều có các cánh khuấy để tạo khả năng trộn và tiếp xúc
giữa các chất trong quá trình tham gia phản ứng là đạt hiệu quả cao nhất. Các
chất phản ứng tồn tại ở 2 pha tách biệt nen rất khó tiếp xúc để phản ứng. do đó
cần phải khuấy trộn, và tôc độ khuấy trộn ảnh hưởng rất lớn đến thời gian phản
ứng và hiệu suất phản ứng. thường hiệu suất phản ứng tăng theo tốc độ khuấy
trộn. tốc độ khuấy trộn khoảng 600 vòng/phút là tốt nhất.
Trong đồ án này, nhóm chúng em lựa chọn thiết bị phản ứng gián đoạn cho
quá trình sản xuất Dimethyl Terephthalate (DMT) để đạt hiệu suất thu sản phẩm

là cao nhất và tinh khiết nhất vì nguyên liệu và xúc tác cho quá trình sản xuất
được đưa vào cùng lúc và phản ứng diễn ra trong pha lỏng.
II Tính cân bằng vật chất
Tính thời gian cho một mẻ sản xuất
Trình tự các bước diễn ra trong quá trình phản ứng như sau:
Quá trình Thời gian (phút)
- Nạp liệu 30
- Gia nhiệt cho thiết bị phản ứng 60
- Phản ứng chính 360
- Thời gian tháo liệu 30
=> Tổng thời gian 480 (8 giờ)
GVHD: TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Page 23
Bố trí một ngày làm việc 3 ca, thời gian mỗi ca là: 24 :3 = 8 giờ
Như vậy, mỗi ngày ta sản xuất được 3 mẻ sản phẩm, với thời gian của mỗi
mẻ sản phẩm là 8 giờ.
Năng suất của mỗi mẻ sản phẩm
Số ngày làm việc thực tế trong một năm là 330 ngày.
Năng suất của thiết bị phản ứng là 200000 tấn/ năm, do đó, năng suất của
một ngày làm việc của thiết bị phản ứng là:
= 606.06 tấn/ngày
Năng suất tính theo mỗi giờ sản xuất là :
tấn/ h
Số giờ làm việc của một năm là: 24×330 = 7920 giờ
Thời gian của mỗi mẻ sản phẩm là 8 giờ, vậy số mẻ sản phẩm của thiết bị phản
ứng trong một năm là:
mẻ
Năng suất của 1 mẻ sản phẩm trong 1 năm là:
tấn/mẻ
Tính cân bằng vật chất cho thiết bị phản ứng
Năng suất của thiết bị phản ứng trong 1 tháng sản xuất là:

tấn/ tháng
Các số liệu sau được tính toán cho 1 tháng sản xuất.
Nguyên liệu đầu vào được xác định như sau:
Vậy:
- Lượng p-xylen đầu vào của quá trình là:
GVHD: TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Page 24
16 666.67 × 205 = 3 416 872.35 tấn/tháng
- Lượng metanol đầu vào của quá trình là:
16 666.67 × 120 = 2 000 120.4 tấn/tháng
- Lượng oxi trong không khí đầu vào của quá trình là:
16 666.67 ×300 × 21% = 1 050 063.21 tấn/tháng
- Lượng Nito trong không khí đầu vào của quá trình là:
16 666.67 ×300 ×79% = 3 950 237.79 tấn/tháng
* Phản ứng tổng quát của quá trình sản xuất DMT là:
C
6
H
4
–(CH
3
)
2
+ 3 O
2
+ 2 CH
3
OH → H
3
C – OOC – C
6

H
4
– COO – CH
3
+ 4 H
2
O
Do hiệu suất của quá trình là 87%, độ chuyển hóa đạt 95%, hao hụt nguyên liệu
2% nên lượng p-xylen cần cho quá trình là:
- Lượng metanol cần cho quá trình là:
- Lượng oxi cần cho quá trình là:
- Lượng nước hình thành trong quá trình phản ứng:
Vậy:
- Lượng p-xylen không tham gia vào quá trình phản ứng (còn lại sau phản ứng):
3 416 872.35 - = 3 405 629.35 tấn/tháng
- Lượng metanol không tham gia vào quá trình phản ứng là:
2 000 120.4 – = 1 993 332.1 tấn/tháng
- Lượng oxi không tham gia vào quá trình phản ứng là:
1 050 063.21 – 1 039 880.8 tấn/tháng
Từ những số liệu trên, ta có bảng cân bằng vật chất của quá trình cho một tháng
sản xuất:
GVHD: TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Page 25