Đề tài thiết lập dự án thiết kế quá trình sản xuất ethylen glycol từ ethylen oxit và nước với công suất 100000lbhr

Bài tập lớn thiết kế quá trình công nghệ hóa học
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
Bộ môn: Lọc Hóa - Dầu


BÀI TẬP NHÓM
Giảng viên hướng dẫn: Phạm Trung Kiên
Nhóm sinh viên thực hiện: 1) Nguyễn hữa lan (0964040031)
2) Vũ Thị Lý (0964040032)
3) Đinh Trọng Lĩnh (0964040033)
4) Hà Thọ Lực (0964040034)
5) Phạm Đức Mạnh (0964040035)
6) Lê Xuân Minh (0964040036)
Lớp: K54A-TH lọc hóa dầu
Tên Đề Tài: thiết lập dự án thiết kế quá trình sản xuất Ethylen Glycol từ
Ethylen oxit và Nước với công suất 100000lb/hr
Lời mở đầu
Nhóm 5 LHDK54A-TH Page 1
Bài tập lớn thiết kế quá trình công nghệ hóa học
Chúng ta đang sống trong một xã hội hiện đại và vẫn đang trên đà phát triển mạnh
mẽ. Chất lượng cuộc sống con người đang dần được cải thiện thì nhu cầu về tinh thần và
vật chất ngày càng cao ,vì vậy các ngành công nghệ trên toàn thế giới đã không ngừng
tìm tòi và nghiên cứu để đua ra được các sản phẩm phù hợp với đòi hỏi của thị trường.
Trong đó công nghiệp hóa chất cũng không phải ngoại lệ. Đây là một trong những ngành
công nghiệp mũi nhọn. Nó không những mang lại nguồn lợi đáng kể,mà còn thúc đẩy các
ngành khác phát triển theo.
Cùng với sự phát triển của công nghiệp, ngành công nghiệp hóa dầu ngày càng phát
triển mạnh mẽ và chiếm một vị trí vô cùng quan trọng trong nhiều lĩnh vực với mục đích
chủ yếu là giải quyết vấn đề nguyên liệu cho sản xuất công nghiệp, dân dụng… Tuy ra
đời có muộn hơn các ngành khác, nhưng khả năng ứng dụng của nó là vô cùng rộng lớn.
Hầu hết các vật liệu trong kỹ thuật và đời sống ngày nay đều được thay thế bằng nhiều

loại vật liệu mới được tổng hợp từ các nguồn nguyên liệu trong công nghiệp dầu mỏ.
Do đó việc sản suất các hợp chất hóa học từ nguồn nguyên liệu lọc dầu ngày càng gia
tăng đáng kể. Một trong những loại hóa chất được sản xuất nhiều là ethylen glycol.
Ethylen glycol là một chất có nhiều ứng dụng trong ngành công nghiệp hóa chất, là
nguyên liệu trung gian cho quá trình sản xuất nhựa alkyd, nhựa polyester…và nó có
nhiều ứng dụng rộng rãi như làm giảm nhiệt độ đông như hệ nước, khả năng hút ẩm, độ
bền hóa học cao…
Chính vì thế mà việc tìm hiểu công nghệ sản xuất ethylen glycol là rất cần thiết. Đặc
biệt là nhà máy sản xuất ethylen glycol bằng quá trình hydrat hóa ethylene oxit. Đó là lí
do chúng em chọn đề tài : thiết lập dự án thiết kế quá trình sản xuất Ethylen Glycol từ
Ethylen oxit và Nước với công suất 100000lb/hr.
Để thực hiện được bài tập này,xin cảm ơn sự giúp đỡ và giảng dạy nhiệt tình
của thầy giáo Phạm Trung Kiên, công tác tại bộ môn Lọc Hóa Dầu – khoa Dầu Khí –
ĐH Mỏ Địa Chất. Do thời gian không nhiều, kiến thức về môn học còn thiếu sót nên
trong bài tập lớn này còn những sai lầm và nhược điểm, mong thầy giáo thông cảm và
giúp đỡ. Chúng em chân thành cảm ơn!
Thanh Hóa, ngày 14 tháng 11 năm 2013.
Nhóm sinh viên thực hiện:
Nhóm 5 LHDK54A-TH Page 2
Bài tập lớn thiết kế quá trình công nghệ hóa học
1. Nguyễn Hữu Lan
2. Vũ Thị Lý
3. Đinh Trọng Lĩnh
4. Hà Thọ Lực
5. Phạm Đức Mạnh
6. Lê Xuân Minh
CHƯƠNG I MỞ ĐẦU
1. Giới thiệu về EthyleneGlycol (EG)
Etylen glycol , 1,2-ethanediol, có công thức cấu tạo : HOCH
2

CH
2
OH, (Mr62.07) với tên
thường gọi là Glycol là một rượu hai nhóm chức đơn giản nhất. Được sản xuất đầu tiên
bởi WUZT bằng cách cho phản ứng giữa 1,2-dibromoethan với CH
3
COOAg để tạo sản
phẩm diEtylen acetat este,sau đó sử dụng H
2
phân huỷ este đó thành Etylenglycol.
E.G được sử dụng đầu tiên trong Đại chiến thế giới I với vai trò sản xuất thuốc nổ
(Etylen glycol dinitrate) và sau này thành một trong những sản phẩm công nghiệp quan
trọng
Năng suất toàn thế giới sản xuất Etylen Glycol theo phản ứng thuỷ phân Etylen Oxit ước
tính khoảng 7.106t/a.
E.G được sử dụng trong làm chất chống đông trong bộ phận làm mát của động cơ ôtô,và
đồng thời là nguyên liệu quan trọng cho việc sản xuất sợi polyester.
2. Tính chất vật lý của EG:
E.G là chất lỏng không màu không mùi và có vị ngọt nó rất háo nước và có thể tan hoàn
toàn trong rất nhiều dung môi phân cực như nước,rượu,E.O và aceton. Tuy nhiên đối với
các dung môi không phân cực như Benzen,Toluen,Diclo Etan,cloroform,khả năng hoà
tan của E.G với chúng không phải là cao lắm.
3. Tính chất hóa học của EG:
Etylen glycol có tính chất hoá học của một rượu hai chức thông thường. Ở đây,ta chỉ chú
ý đến những tính chất hóa học đặc biệt và những phản ứng quan trọng trong công
nghiệp.Với hai nhóm chức cạnh nhau cho phép xảy ra phản ứng đóng vòng ete hay thực
hiện phản ứng trùng ngưng tạo ra những poly este với các axit đa chức khác có vai trò
rất quan trọng trong công nghiệp.
a)Phản ứng ôxy hoá:
Nhóm 5 LHDK54A-TH Page 3

Bài tập lớn thiết kế quá trình công nghệ hóa học
E.G rất dễ dàng bị ôxy hoá bởi các tác nhân ôxy hoá như O
2
,HNO
3
cho ta một loạt các
sản phẩm khác nhau như glycolaldehyde (HOCH
2
CHO) ,glycolic acid (HOCH
2
COOH),
glyoxal (CHOCHO), glyoxylic acid (HCOCOOH), oxalic acid (HOOCCOOH),
formaldehyde (HCHO), and formic acid (HCOOH).Mỗi điều kiện tiến hành phản ứng sẽ
cho ta một sản phẩm chính khác nhau.Việc ôxy hoá E.G pha hơi với tác nhân không khí
trên xúc tác Cu tạo sản phẩm glyoxal có vai trò quan trọng trong công nghiệp.Còn khi
thực hiện phản ứng nhằm chia tách liên kết C-C kết hợp ôxy hoá sẽ tạo ra sản phẩm là
andehyt foocmic và axit foocmic.
b)Phản ứng tạo 1,3-dioxolan:
1,3-dioxolan là sản phẩm của phản ứng giữa Etylen glycol với hợp chất cacbonyl.
Phản ứng trên cho hiệu suất cao khi ta loại nước ra khỏi sản phẩm.Phản ứng này nhằm
mục đích bảo vệ nhóm cacbonyl trong quá trình phản ứng tổng hợp hữu cơ.
c)Phản ứng tạo ete và este hoá:
E.G có thể bị alkyl hoá hay axyl hoá để tạo ra sản phẩm ete hay các este tương ứng.Tuy
nhiên,việc có hai nhóm chức –OH sẽ dẫn tới việc tạo sản phẩm mono- hoặc di-
ete,mono-,di- este phụ thuộc vào nồng độ ban đầu của mỗi chất phản ứng.Phản ứng este
hóa giữa E.G với axit terephtalic tạo ra polyeste là một trong những phản ứng có ý nghĩa
hết sức quan trọng trong tổng hợp sợi polyeste.
d)phản ứng với epoxy:
Phản ứng này hiếm khi sử dụng trong công nghiệp.
4. Ứng dụng:

Ethylen Glycol (EG) hay còn có tên gọi khác là Mono Ethylen Glicol(MEG) có các
tính chất như : làm giảm nhiệt độ đông như hệ nước, khả năng hút ẩm, bền hoá học, khả
năng phản ứng với Ethylene oxide và các acid khác. Vì thế nó được dùng nhiều trong các
ứng dụng:
a) Chất trung gian để sản xuất nhựa:
Nhựa alkyd : Quá trình ester hoá của EG với polyhydric acid tạo ra polyester. Sau đó,
Polyester này được biến đối với cồn hoặc dầu làm khô để dùng làm nguyên liệu cho
ngành sơn. Phản ứng giữa EG và acid dihydric cacboxylic hoặc các anhydride đặc biệt
như : Phthalic anhydride tạo ra alkyd resins, đây là nguyên liệu sản xuất cao su tổng hợp,
keo dán hoặc các loại sơn phủ bề mặt.
- Các loại nhựa polyester (dạng sợi, màng polyester và nhựa polyethylene terephthalate
(PET).
- Nhựa polyester dùng trong sản xuất tàu thuyền, nguyên liệu ngành xây dựng, thân máy
Nhóm 5 LHDK54A-TH Page 4
Bài tập lớn thiết kế quá trình công nghệ hóa học
bay, xe hơi, dệt và bao bì
- Sợi polyester thường được dùng trong ngành dệt như quần áo và thảm
- Màng Poliester thường được dùng trong bao bì và màng co trong hàng hoá tiêu dùng,
sản xuất băng video, đĩa vi tính.
- Nhựa ( polyethylene terephthalate) dùng để sản xuất chai đựng nước uống (chai pet),
thùng chứa và bao bì thực phẩm.
b) Chất chống đông
- Chất chống đông làm mát dùng trong động cơ xe máy, máy bay và đường băng.
- Dung dịch tải nhiệt ( các bình nén khí, gia nhiệt, thông gió, máy lạnh)
- Chất chống đông và làm mát động cơ xe hơi
- Dùng trong các công thức pha chế hệ nước như keo dán, sơn latex, các nhựa tương tự
như nhựa đường
c) Chất giữ ẩm
- Dùng làm chất giữ ẩm trong công nghiệp thuốc lá và xử lý các nút bần, hồ dán, keo
dán, giấy, thuộc da.

d) Các ứng dụng khác:
- Sản xuất chất ức chế ăn mòn và chất chống đông dùng cho máy móc được làm lạnh
bằng nước và các nhà máy làm lạnh
- Khi trộn với nước và chất kiềm hãm được dùng trong chất sinh hàn. Ưu điểm của nó là
không ăn mòn.
- Dung môi hoà tan thuốc nhuộm trong ngành dệt và thuộc da.
- EG có thể hoà tan tốt thuốc nhuộm nên nó được trong quá trình nhuộm màu và hoàn
thiện gỗ, chỉ được dùng trong trường hợp độ bay hơi thấp.
- Làm nguyên liệu ban đầu trong sản xuất polyol bắt nguồn từ Ethylene oxid, các polyol
này được dùng làm chất bôi trơn hoặc phản ứng với isocyanates trong sản xuất
polyurethanes.Không được dùng EG trong thực phẩm và dược.
Ta có thể thấy được Ethylen Glycol có ứng dụng rất rộng rãi trong rất nhiều ngành công
nghiệp đặc biệt là trong ngành công nghiệp hóa chất bởi vậy việc sản xuất EG là hết sức
cần thiết.
Nội dung của bài toán dề cập đến việc thiết lập dự án thiết kế quá trình sản xuất Ethylen
Glycol từ Ethylen Oxit và nước:
Nhóm 5 LHDK54A-TH Page 5
Bài tập lớn thiết kế quá trình công nghệ hóa học
CHƯƠNG II THIẾT LẬP DỰ ÁN THIẾT KẾ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT
ETHYLEN GLYCOL TỪ ETHYLEN OXIT VÀ NƯỚC VỚI CÔNG SUẤT
100000lb/hr
I.).THIẾT KẾ CẤU TRÚC PHÂN TỬ
Như chúng ta đã biết EG là một chất có ứng dụng rất rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực
như đã nói ở trên do vậy trước tiên trước khi đi vào thiết kế quá trình sản xuất EG từ
Ethylen Glycol và Nước thì chúng ta phải đi thiết kế cấu trúc phân tử của EG
Ethylen Glycol có công thức cấu tạo là HO-CH
2
-CH
2
-OH

Và có cấu trúc không gian như sau
Cấu trúc dạng rỗng
Nhóm 5 LHDK54A-TH Page 6
Bài tập lớn thiết kế quá trình công nghệ hóa học
Cấu trúc dạng đặc
Ta có một số thông số vật lý về EG như sau
Nhiệt độ điểm sôi tại 101325pa:197.60
0
C
Điểm nóng chảy: -13
0
C
Khối lượng riêng tại 20
0
C: 1.1135 g/cm
3
Tỷ trọng n
D
20
: 1.4318
Nhiệt hóa hơi(101.3 kPa): 52.24 kJ/mol
Nhiệt cháy: 19.7MJ/kg
Các giá trị giới hạn:
Tc : 372
0
C
Pc: 6515.73 KPa
Vc: 0.186 L/mol
Điểm chớp cháy thấp nhất: 111
0

C
Nhiệt độ bắt cháy: 410
0
C
Giới hạn nổ dưới: 3.2% V
Nhóm 5 LHDK54A-TH Page 7
Bài tập lớn thiết kế quá trình công nghệ hóa học
Giới hạn nổ trên : 58% V
Độ nhớt tại 20
0
C : 19.83 Ns/m
Hệ số nở khối 20
0
C: 0.62×10
-3
K
-1
Ethylen Glycol ngoài mono ethylene glycol còn có các chất khác như là: di ethylene
glycol, tri ethylene glycol, tetra ethylene glycol, poly ethylene glycol
Dưới đây là thông số vật lý của các loại ethylene glycol
Dựa vào những thông số trên về EG ta đã biết được những thông số kỹ thuật của EG mà
chúng ta cấn thiết kế và sản xuất
II) KHỞI TẠO QUÁ TRÌNH THIẾT KẾ EG
Các phương pháp sản xuất EG
Ta có để sản xuất EG ta có thể tiến hành bằng nhiều phương pháp khác nhau sau đây là
một số phương pháp sản xuất EG
1) Sản xuất E.G bằng quá trình hydrat hóa E.O
CH
2
– CH

2
+ H
2
O HO-CH
2
-CH
2
-OH
O
2) Thủy phân clohydrin etylen với sự có mặt của natri bicacbonat.
Nhóm 5 LHDK54A-TH Page 8
Bài tập lớn thiết kế quá trình công nghệ hóa học
CH
2
=CH
2
+ HClO HO-CH
2
-CH
2
-Cl
HO-CH
2
-CH
2
-Cl + NaHCO
3
HO-CH
2
-CH

2
-OH + CO
2
+ H
2
O + NaCl
3) Phương pháp dựa trên quá trình cacbonyl hóa formaldehyt thành axit glycol, sau
đó este hóa axit này tạo hydrin metyl axetat, hydro phân este.
HO-CH
2
-COOH + CH
3
HO-CH
2
-COOCH
3
HO-CH
2
-COOCH
3
+ 2H
2
HO-CH
2
-CH
2
-OH + CH
3
OH
4) Phương pháp axetoxyl hóa etylen thành diaxetat sau đó thủy phân tạo glycol.

CH
2
=CH
2
+ 2CH
3
OH + ½ O
2
CH
3
COO-CH
2
-CH2-COOCH
3
+ H
2
O
∆H
o
298
= -125 KJ/mol
CH
3
COO-CH
2
-CH
2
-COOCH
3
+ 2H

2
O HO-CH
2
-CH
2
-OH + 2CH
3
COOH
∆H
o
298
= -17 KJ/mol
5) Phương pháp tổng hợp EG một giai đoạn đi từ nguyên liệu etylen, xúc tác được sử
dụng có chứa ion talic trong dung dịch HCl.
CH
2
=CH
2
+ H
2
O + ½ O
2
HO-CH
2
-CH
2
-OH
6) Phương pháp đi từ khí tổng hợp có sử dụng chất xúc tác chứa phức của
rodicacbonyl.
2CO + 3H

2
HO-CH
2
-CH
2
-OH
+ Áp suất : 140-340 MPa
+ Nhiệt độ: 125-130
o
C
+ Sản phẩm phụ: metyl format, metanol, nước.
7) Phương pháp hydro hóa n-butyl oxalat thành EG và n-butyl ancol. Butyl oxalat
được tạo bởi quá trình oxi cacbonyl hóa n-butanol trong pha lỏng:
2n-C
4
H
9
OH + 2CO + ½ O
2
(n-C
4
H
9
COO)
2
+ H
2
O
(n-C
4

H
9
COO)
2
+ 4H
2
Cu-Cr HO-CH
2
-CH
2
-OH + 2n-C
4
H
9
OH
Nhóm 5 LHDK54A-TH Page 9
Bài tập lớn thiết kế quá trình công nghệ hóa học
Trên đây là những cách để điều chế EG tuy nhiên phương pháp điều chế EG từ Ethylen
oxit và nước cho ta hiệu suất cũng như giá thành cao do vậy chúng ta sẽ nghiên cứa quá
trình sản xuất EG từ ethylene oxit và nước
Ta có phương trình phản ứng điều chế EG từ ethylene oxit và nước như sau
CH
2
– CH
2
+ H
2
O HO-CH
2
-CH

2
-OH
O ∆H=-79.4 kJ/mol
Ngoài phản ứng chính trên ra thì có có thể sảy ra những phản ứng sau:
CH
2
– CH
2
+ HO-CH
2
-CH
2
-OH HO-(CH
2
CH
2
O)
2
-H
O
2CH
2
– CH
2
+ HO-CH
2
-CH
2
-OH HO-(CH
2

CH
2
O)
3
-H
O
nCH
2
– CH
2
+ HO-CH
2
-CH
2
-OH HO-(CH
2
CH
2
O)
n+1
-H
O
Như vậy ngoài mono ethylene glycol là sản phẩm chính ra thì chúng ta còn có các sản
phẩm phụ nặng hơn mono ethylene glycol như là di ethylene glycol tri ethylene glycol và
các poly ethylene glycol
Do vậy sau khi phản ứng xong thì chúng ta cần phải tinh chế sản phẩm EG như mong
muốn sau đây là sơ đồ khối và sơ đồ công nghệ đơn giản của quá trình sản xuất EG từ
ethylene oxit và nước
III) Xây dựa sơ đồ công nghệ và sơ đồ khối của quá trình sản xuất EG từ ethylene glycol
và nước

Sơ đồ khối quá trình sản xuất Ethylen Glycol từ Ethylen oxit và nước
Nhóm 5 LHDK54A-TH Page 10
Bài tập lớn thiết kế quá trình công nghệ hóa học


Sơ đồ công dòng quá trình sản xuất Ethylen Glycol từ Ethylen oxit và nước
Nhóm 5 LHDK54A-TH Page 11
Ethylen oxit
C
2
H
4
O
Nước
H
2
O

Thiết bị phản ứng

Thiết bị làm khô
Triethylen Glycol
Diethylen
Glycol

Thiết bị tinh chế sản
Monoethylen
Glycol
Bài tập lớn thiết kế quá trình công nghệ hóa học
Monoethylene Glycol

Diethylene Glycol
Triethylene Glycol

1 2 3 4 5
H H H H
Polyethylene Glycol

1.) Thiết bị phản ứng
2.)Tháp làm khô
3.)Tháp tách Monoethylene Glycol
4.)Tháp tách Diethylene Glycol
5.)Tháp tách triethylene Glycol
H. thiết bị trao đổi nhiệt
Sau đây là sơ đồ công nghệ của quá trình sản xuất EG từ ethylene oxit và nước
trong công nghiệp
Nhóm 5 LHDK54A-TH Page 12
H
2
O
C
2
H
4
O
Bài tập lớn thiết kế quá trình công nghệ hóa học
Thuyết minh sơ đồ công nghệ: ethylene oxide và hơi nước đưa vào thiết bị trộn
nguyên liệu đầu để chúng có thể trộn lẫn vào nhau. Hốn hợp được trao đổi nhiệt với dòng
hơi nước ngưng từ vùng sấy để làm nóng hốn hợp nguyên liệu. Hốn hợp tiếp tục được gia
nhiệt đến nhiệt độ khoảng 200
o

C và được đưa vào thiết bị hydrat hóa. Tại thiết bị hydrat
hóa các phản ứng tạo EG xảy ra. Sản phẩm đi ra khỏi thiết bị là hỗn hợp các etylen
glycol (mono-, di-, tri-, polyetylen glycol ) và nước.
Dòng sản phẩm được đưa vào vùng sấy có hút chân không để tách phần lớn lượng nước
vì lượng nước đưa vào ban đầu tương đối nhiều so với Etyle Oxit). Ở vùng sấy bao gồm
các thiết bị là các tháp bay hơi có thiết bị gia nhiệt ở đáy tháp (gia nhiệt bằng thiết bị gia
nhiệt đáy tháp hoặc trao đổi nhiệt với dòng sản phẩm của thiết bị trước đó). Dòng sản
phẩm đi ra khỏi vùng sấy là một phần nhỏ nước và hỗn hợp các etylen glycol.
Sản phẩm tiếp tục được đưa vào thiết bị dehydrat hóa (thiết bị là tháp chưng luyện )để
tách triệt để nước ở đỉnh tháp. Nước được tuần hoàn về thiết bị trộn ban đầu. ở đáy tháp
bao gôm hỗn hợp các EG.
Nhóm 5 LHDK54A-TH Page 13
Bài tập lớn thiết kế quá trình công nghệ hóa học
Hỗn hợp được chuyển qua tháp tách monoetylenglycol thong qua bơm ly tâm. ở đáy thiết
bị có thiết bị gia nhiệt đáy tháp nâng nhiệt độ lên cao (198
o
C<T<243
o
C) để hóa hơi
mono-EG và ngưng tụ thu ở đỉnh tháp. Sản phẩm đáy tháp là rafinat (di-, tri-, polyEG)
được chuyển qua tháp tách di- EG và được gia nhiệt đáy tháp đến nhiệt độ thích hợp
(244
o
C<T<287
o
C) để tách di-EG và thu ở đỉnh tháp. Sản phẩm đáy được đưa qua tháp
tách tri-EG được gia nhiệt tới nhiệt độ phù hợp (> 288
o
C) để tách tri-EG. Phần đáy gồm
các poly-EG được lấy ra ở đáy tháp.

Thành phần các sản phẩm lấy ra ngoài các điều kiện công nghệ còn phụ thuộc chặt chẽ
vào tỷ lệ Nước/Etylen Oxit cho vào ban đầu.
Như vậy ta biết được rằng để đạt được hiệu quả của quá trình là tốt nhất và để thu
được lượng mono ethylene là nhiều nhất và hạn chế các phản ứng phụ sảy ra trong quá
trình thì ngoài điều kiện về công nghệ như nhiệt độ áp suất chất xúc tác cho quá trình thì
quá trình này để đạt được hiệu quả như mong muốn thì nó còn phụ thuộc vào tỷ lệ
nước/ethylene oxit cho vào ban đầu sau đây là đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa tỷ lệ
nước/ehtylen oxit và hàm lượng ethylen oxit chuyển hóa trong quá trình.
Nhóm 5 LHDK54A-TH Page 14
Bài tập lớn thiết kế quá trình công nghệ hóa học
Hình: Thành phần sản phẩm thu được từ quá trình thủy phân theo tỉ lệ EO/H
a- là monoethylen glycol
b- là diethylen glycol
c- là tri ethylene glycol
d- là các poly ethylene glycol
và EG sau khi được tinh chế thì nó phải đảm bảo được các chỉ tiêu về chất lượng như sau:
Nhóm 5 LHDK54A-TH Page 15
Bài tập lớn thiết kế quá trình công nghệ hóa học
Việc tạo thành các sản phẩm phụ ở trên là không thể tránh khỏi do phản ứng của etylen
oxyt với etylen glycol sinh ra nhanh hơn là phản ứng của nó với nước.Hiệu suất tạo sản
phẩm phụ có thể được xử lý bằng cách cho dư thật nhiều H2O.Thường có thể sử dụng số
mol nước gấp 20 lần so với etylen oxyt.
Người ta cũng có thể sử dụng H
2
SO4 để làm xúc tác cho quá trình,nhưng thực tế không
cần vậy vì hiệu suất của nó chỉ cao hơn hiệu suất phản ứng thuỷ phân không cần xúc
tác.Theo nghiên cứu thì sẽ có khoảng 90% etylen oxyt được chuyển hóa thành mono-
etylen glycol.Còn 10% thành các dạng khác.
Sau khi rời khỏi thiết bị phản ứng,sản phẩm sẽ được làm sạch bằng các cột chưng với
áp suất giảm dần.

Nước được quay trở lại thiết bị phản ứng, còn các sản phẩm lần lượt được tách ra
bằng các cột chưng luyện như trên sơ đồ trên.Thực tế thì nồng độ của tri-E.G là quá bé để
nhận biết được.Nhiệt giải phóng từ thiết bị phản ứng sẽ được sử dụng cho quá trình
chưng cất.Cần phải chú ý tới các sản phẩm phụ như andedyt hoá có thể xảy ra.Hình dáng
của thiết bị phản ứng sẽ giúp giảm thiểu phản ứng này và tăng hiệu quả chọn lọc của sản
phẩm chính.
Để quá trình xảy ra với độ chọn lọc cao hơn,nhiệt độ thấp hơn và lượng nước yêu
cầu giảm đi,thì cần phải có xúc tác.Hơn nữa , việc có xúc tác giúp cho việc phân tách về
sau dễ dàng hơn.Tuy nhiên cho tới nay thì mọi xúc tác cho quá trình thuỷ phân này chưa
chứng tỏ được hiệu quả kinh tế của nó.
Nhóm 5 LHDK54A-TH Page 16
Bài tập lớn thiết kế quá trình công nghệ hóa học
Để thực hiện quá trình đạt hiệu suất như mong muốn thì chúng ta có các thông số
về điều kiện vận hành của quá trình này như sau:
 Nguyên liệu ethylene oxit được pha loãng bằng hỗn hợp nước với oxit:tỷ lệ 20-
25/1
 Thiết bị phản ứng ở áp suất 1.5 Mpa, nhiệt độ đầu vào 150
0
C, nhiệt độ đầu ra 200-
210
0
C.
 Chất xúc tác: H
+

 Thời gian lưu: 45 phút dến một giờ
 Độ chọn lọc của sản phẩm: 88.5% mol EG, 10.5% DEG, 0.5%TEG
Trên đây là những thông số cần thiết cho quá trình thiết kế và sản xuất EG từ ethylene
oxit và nước.
IV) thiết kế điều khiển cho quá trình sản xuất EG từ ethylene oxit và nước.

Nhóm 5 LHDK54A-TH Page 17
Bài tập lớn thiết kế quá trình công nghệ hóa học
SP x
SP
vapour
SP
Ethylene oxit
Nước

duty
SP liquid
T
SP
Sơ đồ điều khiển quá trình
Nhóm 5 LHDK54A-TH Page 18
AC
REACTOR
FC
FT
LCLT
FC
TT
FT
AT
FT
FC TC
Bài tập lớn thiết kế quá trình công nghệ hóa học
Thuyết minh sơ đồ điều khiển
Ta có phản ứng của chúng ta ở đây là phản ứng tỏa nhiệt do vậy chúng ta cần điều khiển
nhiệt độ đầu ra của thiết bị do vậy chúng ta cần một dòng năng lượng để có thể điều

khiển được nhiệt độ đầu ra như mong muốn ở đây chúng ta dùng dòng năng lượng duty
để duy trì nhiệt độ đầu ra cho thiết bị phản ứng
Dòng sản phẩm ra ở đáy của thiết bị phản ứng và chúng ta sẽ điều khiển nhiệt độ của
dòng sản phẩm ra ở đáy của thiết bị phản ứng.
Dòng sản phẩm sau khi được đi ra ở đáy của thiết bị phản ứng thì sẽ có một khí cụ đo và
chuyển đổi nhiệt độ TT và tác động đến thiết bị điều khiển TC và so sánh với giá trị nhiệt
độ đặt trước T
SP
ở đây giá trị T
SP
= 200
0
C sau khi so sánh với giá trị T
SP
thì nó sẽ tác
động đến thiết bị điều khiển lượng FC tại thiết bị điều khiển lưa lượng FC thì nó sẽ so
sánh với thiết bị chuyển đổi lưa lượng FT và giá trị SP và sau đó sẽ tác động đến thiết bị
chấp hành ở đây là van và nó sẽ điều chỉnh dòng lưa lượng duty để duy trì nhiệt độ dòng
đầu ra = 200
0
C để thu được hiệu suất cao nhất
Do đây là thiết bị phản ứng CSTR do vậy một biến chung ta cần điều khiển đó là mức
chất lỏng trong thiết bị phản ứng
Để điều khiển mức chất lỏng trong thiết bị phản ứng chúng ta sử dụng khí cụ đo và
chuyển đổi mức LT sau đấy nó sẽ tác động đến thiết bị điều khiển mức LC và tiến hành
so sánh với giá trị đặt SP và giá trị SP.ở đây SP = 85%và sau đó nó sẽ tác động đến thiết
bị điều khiển lưa lượng FC và ở đây thì nó sẽ tiến hành điều khiển lưa lượng dòng đầu ra
của sản phẩm để đảm bảo được mứa chất lỏng trong thiết bị phản úng theo yêu cầu.thiết
bị điều khiển FC sẽ tác động đến thiết bị chấp hành ở đây là van và điều khiển lưa lượng
dòng đầu ra

Biến thứ ba chúng ta cần điều khiển ở đây đó là cần điều khiển thành phần của Ethylen
Glycol ở sản phẩm để điều khiển biến này thì chúng ta tiến hành điiều khiển lưa lượng
của Ethylen Oxit ở đầu vào như sau
Sản phẩm ra ở đáy của thiết bị phản ứng và được khí cụ chuyển đổi và phân tích AT tác
động đến thiết bị điều khiển phân tích AC và nó sẽ tiến hành so sánh với giá trị đặt trước
x
SP
và ở đây x
sp
= 0.05 phần mol sau đấy nó sẽ tác động đến thiết bị điều khiển lưa lượng
Nhóm 5 LHDK54A-TH Page 19
Bài tập lớn thiết kế quá trình công nghệ hóa học
FC và tác động vào thiết bị chấp hành là van để điều khiển lưa lượng của Ethylen Oxit để
thu được lượng sản phẩm như mong muốn
Trên đây là toàn bộ quá trình điều khiển thiết bị phản ứng CSTR để thu được năng suất
như mong muốn
Quá trình điều khiển sẽ được thể hiện bằng việc sử dụng phần mền HYSYS trong phần
sau
V) Mô phỏng tĩnh để đánh giá quá trình bằng việc sử dụng phần mền HYHYS
Bằng việc ứng dụng phần mền hysys ta tính toán sơ bộ được cân bằng vật chất cho quá
trình sản xuất EG từ EO và nước như sau
6.1 lb/h ethylene oxit
7.137×10
4
lb/h ethylene oxit
511272lb/h nước
5.4×10
5
lb/h nước
100000lb/hr EG

Ta có kết quả mô phỏng tĩnh quá trình bằng việc sử dụng phần mền HYSYS như sau
Quá trình mô phỏng tĩnh được gắn trong file đính kèm và cho kết quả như sau:
Nhóm 5 LHDK54A-TH Page 20

reactor
Bài tập lớn thiết kế quá trình công nghệ hóa học
Bảng kết của quá trình như sau:
Nhóm 5 LHDK54A-TH Page 21
Bài tập lớn thiết kế quá trình công nghệ hóa học
Nhóm 5 LHDK54A-TH Page 22
Bài tập lớn thiết kế quá trình công nghệ hóa học
Nhìn vào kết quả trên ta thấy rằng độ chuyển hóa của ethylene oxit đạt 99.99%
VI) Mô phỏng động quá trình
Quá trình mô phỏng động được thể hiện trong file đính kèm
VII) ước tình cấu hình thiết bị,tối ưa hóa ,tính toán kinh tế
VII.1)ước tính cấu hình thiết bị
Kết quả của quá trình HYSYS cho ta kết quả như sau
Như vậy ta có thể tích của thế bị V = 70.63 ft
3
Đường kính của thiết bị phản ứng D =3.914 ft
Chiều cao của thiết bị phản ứng H = 5.871 ft
Để tính toán thiết bị phản ứng chúng ta có thể sử dụng cuốn elements of chemical reation
engineering để tính toán thể tích và các thông số của thiết bị phản ứng.
Nhóm 5 LHDK54A-TH Page 23
Bài tập lớn thiết kế quá trình công nghệ hóa học
Nhóm 5 LHDK54A-TH Page 24