Thiết kế phân xưởng sản xuất etylene glycol nguyên liệu từ etylene oxit phẩm là 500 lít

Đồ án công nghệ – 2009

Trường đại học BR – VT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Trường Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc
Khoa Hóa Học Và Cơng Nghệ Thực Phẩm

ĐỒ ÁN CÔNG NGHÊ
1. Họ và tên sinh viên:

Cao Văn Thức
Nguyễn Phước Trí
Nguyễn Nhật Trường

MSSV: 0952010168
MSSV: 0852010192
MSSV: 0952010188

2. Đề tài đồ án:

Thiết kế phân xưởng sản xuất etylene glycol nguyên liệu từ etylene oxit
với năng suất sản phẩm là 500 lít/giờ.
3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:
3.1. Giới thiệu sơ lược tổng quát về etylene glycol
Giới thiệu một số công nghệ sản xuất etylene glycol hiện nay
Trình bày và thiết minh sơ đồ công nghệ của đồ án
Tính toán cân bằng vật chất và năng lượng
Tính toán và thiết kế thiết bị chính

Tính toán thiết bị phụ
Kết luận
Các bản vẽ:
Bản vẽ tay: 1 bản thiết bị chính trên giấy A1
Bản vẽ máy:1 bản sơ đồ công nghệ trên giấy A3
1 bản vẽ thiết bị chính trên giấy A3
5.
Ngày nhận đờ án: 20/09/2013
6.
Ngày hồn thành đờ án: 02/12/2013
7.
Ngày bảo vệ và chấm đồ án:
3.2.
3.3.
3.4.
3.5.
3.6.
3.7.
4.

CHỦ NHIỆM BỘ MƠN

Khoa hoá và cơng nghệ thực phẩm

NGƯỜI HƯỚNG DẪN

1

Chun ngành hoá dầu

Đồ án công nghệ – 2009

Trường đại học BR – VT

NHẬN XÉT ĐỒ ÁN
1. Giảng viên hướng dẫn. Nhận xét:...........................................................

.................................................................................................................
.................................................................................................................
.................................................................................................................
.................................................................................................................
.................................................................................................................
.................................................................................................................
.................................................................................................................
Điểm:_______
Chữ ký:________

2. Giảng viên hay Hội đồng bảo vệ. Nhận xét:...........................................

.................................................................................................................
.................................................................................................................
.................................................................................................................
.................................................................................................................
.................................................................................................................
.................................................................................................................
Điểm:_______
Chữ ký:________
Điểm tổng kết:_____________

Khoa hoá và công nghệ thực phẩm

2

Chuyên ngành hoá dầu


Đồ án công nghệ – 2009

Trường đại học BR – VT

LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian thực hiện đề tài, dưới sự hướng dẫn tận tình của giáo viên
hướng dẫn và được phía nhà trường tạo điều kiện thuận lợi cho chúng tơi đã có
một quá trình tìm hiểu và học tập nghiêm túc để hoàn thành đề tài. Kết quả thu
được không chỉ do nỗ lực của chúng tôi mà cịn có sự giúp đỡ của q thầy cơ
Tơi xin chân thành cảm ơn:
Ban giám hiệu nhà trường, Ban chủ nhiệm khoa Hóa Học và Cơng Nghệ
Thực Phẩm đã quan tâm và tạo điều kiện tớt nhất cho tơi hồn thành đề tài.
Thầy Nguyễn Văn Toàn: Thầy đã hướng dẫn và hỗ trợ tơi hồn thành tớt đề
tài về lý luận, phương pháp và nội dung trong suốt thời gian thực hiện.
Trong quá trình thực hiện và trình bày không thể tránh khỏi những sai sót
và hạn chế, do vậy tơi rất mong nhận được sự góp ý, nhận xét phê bình của quý
thầy cô và các bạn.
Kính chúc sức khỏe đến quý thầy cô và các bạn!

Khoa hoá và công nghệ thực phẩm

3

Chuyên ngành hoá dầu


Đồ án công nghệ – 2009

Trường đại học BR – VT

LỜI MỞ ĐẦU
Nghiên cứu để tìm ra một sản phẩm có giá trị cao phục vụ cho xã hội là
thành tựu lớn lao của các nhà hóa học, ứng dụng và đưa vào sản xuất các sản
phẩm này có tầm quan trọng rất lớn, đòi hỏi người nghiên cứu thiết kế phải có
vai trị và trách nhiệm lớn đới với công việc. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của
nền kinh tế quốc dân dưới sự lãnh đạo của đảng và nhà nước, nghành cơng
nghiệp hóa học đã có những đón góp to lớn cho nền kinh tế, đặc biệt là nghành
cơng nghiệp tổng hợp hữu cơ – lọc hóa dầu, chế biến khí.
Từ nguồn nguyên liệu dồi dào sẵn có như dầu mỏ, khí thiên nhiên, than
đá… Qúa trình tổng hợp hữu cơ đã tạo ra nhiều sản phẩm có giá trị ứng dụng
tron thực tiễn như: cao su, th́c nhuộm, dược phẩm, sơn, sợi, nhựa…Năm 1859
nhà hóa học người Pháp Charles-Adolphe Wurtz lần đầu tiên điều chế thành
công Ethylene Glycol bằng cách cho phản ứng giữa 1,2-dibromoethan với
CH3COOAg đẻ tạo sản phẩm dietylen acetat este, sau đó sử dụng H 2O phân hủy
este đó thành EG (Etylen Glycol). Đến năm 1860 các nhà khoa học đã điều chế
được EG từ phản ứng thủy phân Etylen Oxide, và cho đến nay phương pháp sản
này là phương pháp chính được sử dụng phổ biến để sản xuất EG.
Ở Việt Nam mặc dù nghành tổng hợp hữu cơ – hóa dầu chưa phát triển
mạnh, nên nhà máy sản xuất EG chưa được xây dựng. Nhưng với sự phát triển
đất nước, tiến hành cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước để đến năm 2020
nước ta trở thành nước công nghiệp, và cùng với sự ra đời của nhà máy lọc dầu
Dung Quốc, Nghi Sơn, Long Sơn, đặc biệt là sự ra đời nhà máy xơ sợi Đình Vũ
Hải Phịng với cơng śt 175000 tấn/năm có nhu cầu sử dụng ng̀n ngun liệu

EG rất lớn, cho nên nhà máy sản xuất Etylen Glycol ra đời là vấn đề cấp thiết.
Trong đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất Etylen Glycol tôi đã thực hiện
được những nhiệm vụ sau:
Khoa hoá và công nghệ thực phẩm

4

Chuyên ngành hoá dầu


Đồ án công nghệ – 2009

Trường đại học BR – VT

-

Tổng quan về Ethylene Glycol: Tính chất hoá lý, phương pháp sản

-

xuất, công nghệ sản xuất và ứng dụng.
Thiết kế, lựa chọn quy trình công nghệ sản xuất Ethylene Glycol.
Vẽ sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất và thiết bị phản ứng Ethylene

-

Glycol bằng autocard.
Tính toán cân bằng vật chất, năng lượng và cơ khí thiết bị chính.

Khoa hoá và công nghệ thực phẩm

5

Chuyên ngành hoá dầu


Đồ án công nghệ – 2009

Trường đại học BR – VT

M ỤC LỤC

Khoa hoá và công nghệ thực phẩm

6

Chuyên ngành hoá dầu


Đồ án công nghệ – 2009

Trường đại học BR – VT

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN TÀI LIÊU
1.1. Giới thiệu etylene glycol
1.1.1. Tình hình sản xuất
Lịch sử phát triển Ethylene Glycol lần đầu tiên được điều chế vào năm
1859 bởi nhà hóa học người Pháp Charles-Adolphe Wurtz bằng cách cho phản
ứng giữa 1,2-dibromoethan với CH3COOAg để tạo sản phẩm dietylen acetat

este, sau đó sử dụng H2O phân huỷ este đó thành Etylenglycol. Đến năm 1860
các nhà khoa học đã điều chế được etylene glycol từ phản ứng thủy phân
Ethylene Oxide. Trước chiến tranh thế giới lần thứ nhất etylen glycol hầu như
không được sản xuất để phục vụ cho mục đích thương mại, nó chỉ được sản xuất
ở Đức (tổng hợp từ ethylene dichloride) để sử dụng như một chất thay thế cho
Glycerol trong công nghiệp chế tạo vật liệu nổ (Etylen glycol dinitrate) và sau
này thành một trong những sản phẩm công nghiệp quan trọng.
1.1.2. Cấu tạo và danh pháp
Etylenglycol có cơng thức là HOCH2CH2OH, tên thường gọi là Glycol là
một rượu hai nhóm chức đơn giản nhất. Cịn theo IUPAC là: etan 1, 2-diol.
Công thức cấu tạo:
Cấu trúc không gian:

Khoa hoá và công nghệ thực phẩm

7

Chuyên ngành hoá dầu


Đồ án công nghệ – 2009

Trường đại học BR – VT

1.1.3. Tính chất vật lý Etylen Glycol
Etylen Glycol là chất lỏng khơng màu khơng mùi và có vị ngọt nó rất háo
nước và có thể tan hồn tồn trong rất nhiều dung môi phân cực như nước, rượu,
và aceton. Tuy nhiên đối với các dung môi không phân cực như Benzen, Toluen,
Diclo Etan, cloroform, khả năng hoà tan của etylen glycol với chúng không phải
là cao lắm. Etylen glycol là chất độc đối với người và động vật, môi trường.

Etylen Glycol rất khó để kết tinh bởi dịch của nó có tính nhớt rất cao,tuy nhiên
khi ta làm quá lạnh,dung dịch sẽ đóng rắn tạo thành sản phẩm có trạng thái giống
thuỷ tinh.
Ứng dụng lớn nhất của etylene glycol là sử dụng làm chất chớng đơng vì
nó có khả năng hạ nhiệt độ đông đặc xuống thấp hơn 0 oC khi hồ trộn nó với
nước.
Bảng 1.1. Một sớ thơng sớ vật lý của etylen glycol
Đặc tính

Thơng sơ

Nhiệt độ điểm sơi (tại 101325 Pa)
Điểm nóng chảy

197,60 °C
–13°C

Khới lượng riêng tại 20°C
Tỷ trọng, d20

1,1135 g/cm3
1,4318

Nhiệt hoá hơi (101.3 kPa)

52,24 kJ/mol

Nhiệt cháy

19.07 MJ/kg

Độ nhớt tại 20°C

19.83 Ns/m2

Hệ số nở khối 20°C

0,62.10–3 K–1

Các giá trị tới hạn
Nhiệt độ

Khoa hoá và công nghệ thực phẩm

372°C

8

Chuyên ngành hoá dầu


Đồ án công nghệ – 2009

Trường đại học BR – VT

Áp suất

6515,73 kPa

Thể tích

0,186 l/mol

Điểm chớp cháy thấp nhất

111°C

Nhiệt độ bắt cháy

410oC

Giới hạn nổ dưới

3,2 % thế tích

Giới hạn nổ trên

53 % thể tích

Ethylene Glycol ngoài Mon Ethylene Glycol (thường gọi chung cho etylen
glycol) cịn có di-ethyleneglycol, tri-ethyleneglycol, tetra-ethylenglycol,
polyethyleneglycol.
1.1.4. Tính chất hóa học etylen glycol
Ethylene Glycol là rượu đa chức trong phân tử chứa 2 nhóm –OH nên có
đầy đủ những tính chất của rượu thông thường (rượu đơn chức) và những tính
chất của rượu đa chức. Các phản ứng thế của nhóm –OH Phản ứng với Natri kim
loại ở điều kiện 50oC, etylen glycol có thể phản ứng với Na tạo ra Natri
etyleneglycolat hay dinatri etylenglycolat Phản ứng tạo phức với Cu(OH) 2,
Ethylene Glycol có thể phản ứng làm mất màu xanh của Cu(OH) 2 tạo phức
không màu Đồng (II) etylen glicolat. Phản ứng với H 3BO3 Phản ứng với axit tạo

este vô cơ và hữu cơ ví dụ: với HCl tạo 2-metyletanol è diclo etan. Phản ứng
dehydrat hóa, Do có 2 nhóm –OH trong phân tử nên có thể tách nước từ etylen
glycol tạo axetandehit.
a) Phản ứng ôxy hố
Etylen glycol rất dễ dàng bị ơxy hoá bởi các tác nhân ôxy hoá như O 2,
HNO3… cho ta một loạt các sản phẩm như: HOCH2CHO, HOCH2COOH,
HOOCCOOH, HCOCOOH, CHOCHO, HCOOH.
Ví dụ: (CH2OH)2 + O2 → (CHO)2 + 2H2O

Khoa hoá và công nghệ thực phẩm

9

Chuyên ngành hoá dầu


Đồ án công nghệ – 2009

Trường đại học BR – VT

b) Phản ứng tạo 1,3-dioxolan
Phản ứng giữa ethylene glycol và orthofomates:

Phản ứng giữa ethylene glycol với dialkyl carbonates:

Phản ứng tạo 1,4-dioxolan Ethylene glycol có thể thực hiện phản ứng
dehydrat hóa để tạo 1,4-dioxolan với xúc tác axit sunfuric. Phản ứng tạo Ete và
Estes do có 2 nhóm –OH trong phân tử nên etylen glycol nên có thể thực hiện
phản ứng ankyl hóa tạo ete hoặc thực hiện phản ứng acyl hóa tạo este. Do có 2
nhóm hydroxyl trong phân tử nên sản phẩm tạo thành có thể là mono-, di- ete

hoặc mono-, di-este tùy thuộc và tỷ lệ của các chất phản ứng được đưa vào lúc
đầu. phản ứng este hóa của etylen glycol với axit telephtalic tạo polyester (nhựa
PET) có ứng dụng quan trọng trong cơng nghiệp và đời sớng.
c) Phản ứng Epoxy hóa (Ethoxylation)
Etylen Glycol có thể phản ứng với Etylen Oxit để tạo thành các mono-,
di-, tri-, tetra- và poly etylen glycol.

Khoa hoá và công nghệ thực phẩm

10

Chuyên ngành hoá dầu


Đồ án công nghệ – 2009

Trường đại học BR – VT

Lượng sản phẩm thu được tùy thuộc và xúc tác được sử dụng và phụ thuộc
vào tỷ lệ chất phản ứng ban đầu. Phản ứng này hiện nay khơng cịn được ứng
dụng trong công nghiệp.
d) Phản ứng phân huỷ với kiềm
Phản ứng phân hủy với kiềm Etylen Glycol là một chất tương đới bền ở
nhiệt độ phịng, tuy nhiên khi được đưa lên nhiệt độ hơn 250 0C thì bắt đầu có
phản ứng. Đây là phản ứng tỏa nhiệt với ΔH =−90 đến −160 kJ/kg:
CH2OH – CH2OH + NaOH
CH2OH – CH2ONa + H2O
CH2OH – CH2ONa + NaOH
NaOCH2 – CH2ONa + H2O
1.1.5. Ứng dụng

Etylen Glycol 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 alkyl: Quá trình ester hoá của Etylen Glycol 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 Etylen Glycol 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 bay, xe hơi, dệt và bao bì.
- Sợi polyester thường được dùng trong ngành dệt như quần áo và thảm.

Khoa hoá và công nghệ thực phẩm

11

Chuyên ngành hoá dầu


Đồ án công nghệ – 2009

Trường đại học BR – VT

- 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 chông 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, thơng gió, máy lạnh)
- Chất chớng đơng 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 hút ẩm
- Dùng làm chất hút 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 mịn và chất chớng đơng 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 khơng ăn mịn.
- Dung mơi hồ tan th́c nhuộm trong ngành dệt và da.
- Etylen Glycol có thể hồ tan tớt th́c nhuộm nên nó được trong quá
trình nhuộm màu và hồn 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 Etylen Elycol trong thực phẩm
và dược.
Khoa hoá và công nghệ thực phẩm

12

Chuyên ngành hoá dầu

Đồ án công nghệ – 2009

Trường đại học BR – VT

1.2. Phương pháp sản xuất Etylen Glycol
Có nhiều phương pháp để sản xuất EG, song những phương pháp chủ yếu
được sử dụng như sau:
1.2.1. Oxy hóa trực tiếp Etylen
a) Cơ sở lý thuyết
Quá trình oxy hoá trực tiếp etylen được đưa vào sản xuất từ rất sớm,với tác
nhân ôxy hoá là oxy trong phân tử axit acetic,nhưng phương thức này sớm kết
thúc sử dụng do vấn đề ăn mòn quá lớn. Hiệu suất của quá trình này lớn hơn là
sản xuất qua Etylen oxit, khoảng 85% [1]
Phản ứng như sau:

Việc phát triển hệ xúc tác được sử dụng trên cơ sở tổ hợp xúc tác Pd(II).
Hỗn hợp LiCl được trộn giữa PdCl 2 NaNO3 vào dung dịch axit axêtic và anhydrit
axetic cho kết quả khoảng 95% độ chọn lọc tạo thành mono 100°C. Điều kiện
phản ứng 60 MPa.Trong quá trình phản ứng, Pd(II) bị khử xuống thành Pd(0).
Sự ngưng tụ lại xúc tác đã mất hoạt tính sẽ được ngăn ngừa bởi quá trình hoàn
nguyên bằng ion nitrat, như vậy sẽ tạo một hệ xúc tác và hoàn nguyên xúc tác
hoàn chỉnh.
Cho CH3CN hoà tan vào –NO2 Nếu sử dụng hệ xúc tác PdCl axitacetic, thì
sản phẩm cho hiệu suất tạo etylenglycol mono axetat khoảng 50%, etylenglycol
di axetat khoảng 7%. Nghiên cứu đờng vị phóng xạ cho thấy NO 2 cũng có chức
năng như một tác nhân oxy hoá. Vynyl acetat được tạo thành như sản phẩm phụ
khoảng 20%. Tuy nhiên hệ xúc tác nhanh chóng bị mất hoạt tính do sự kết tụ của
Khoa hoá và công nghệ thực phẩm

13

Chuyên ngành hoá dầu


Đồ án công nghệ – 2009

Trường đại học BR – VT

các hơp chất Paladi. Nếu hệ CuOCOCH3 được đưa vào sử dụng trong công
nghiệp xúc tác PdCl2, thì quá trình phản ứng sẽ xảy ra ở điều kiện mềm hơn rất
nhiều với nhiệt độ khoảng 65°C và áp suất là 0.5 MPa với độ chuyển hoá trên
95%. Trong những năm gần đây, đã có nhiều nghiên cứu được đầu tư và tập
trung cho hệ xúc tác Pd(II) cho phản ứng oxy hoá trực tiếp etylen thành etylen
glycol, tuy nhiên nó vẫn chưa thực sự được đưa vào sản xuất trong công nghiệp.
b) Công nghệ sản xuất etylen glycol từ etylen trong công nghiệp

Hình 1.3. Công nghệ Scientific Design oxy hoá etylen bằng không khí để sản
xuất etylen glycol

Khoa hoá và công nghệ thực phẩm

14

Chuyên ngành hoá dầu


Đồ án công nghệ – 2009

Trường đại học BR – VT

Thuyết minh sơ đồ:
Hỗn hợp không khí và etylen với tỷ lệ mol 10:1 được hạ thấp x́ng 7-8:1
nhờ dịng khí tuần hoàn giàu khí trơ được dẫn vào thiết bị phản ứng thứ nhất.
Các thiết bị phản ứng này làm việc với độ chuyển hoá thấp (25-30%) nên cho độ
chọn lọc cao (70%). Dịng sản phẩm được tuần hồn trở lại.Phần cịn lại được bổ
xung thêm khơng khí, nâng tỷ lệ không khí/etylen lên 8/1, được dẫn vào thiết bị
phản ứng thứ hai, vận hành với độ chuyển hoá cao (75-80%) và chọn lọc thấp
hơn (~50%). Thiết bị hấp thụ thứ hai được sử dụng để chiết etylen oxyt bằng
nước.Nhiệt độ các thiết bị phản ứng dao động trong khoảng 200-315 oC và áp
suất từ 0,8 đến 1,2Mpa. Tổng hiệu suất của quá trình là 60 đến 65 phần trăm
mol.
Tất cả các cơng nghệ hiện nay đều có chung yếu điểm là hiệu suất tính
theo etylen thấp, trong số đó 30% chuyển hoá thành CO2 và H2O. Rất nhiều nỗ
lực nghiên cứu thử nghiêm đã được thực hiện để cải thiện độ chọn lọc bằng cách
biến tính xúc tác, nhưng chưa có nghiên cứu nào thành cơng trong cơng nghiệp
và vượt khỏi giới hạn độ chọn lọc này.
Tuy nhiên, trong khuôn khổ của tiểu luận này, em sẽ chọn công nghệ của
Scientific Design để xây dựng phân xưởng sản xuất E.O của mình. Nguyên nhân
của sự lựa chọn này là do cơng nghệ Scientific Design có nhiều ưu điểm thích
hợp hơn cho quá trình sản xuất đó là:
+ Nguyên liệu đầu là khơng khí, như vậy ta hồn tồn không cần tốn công
để sản xuất O2 nguyên chất.
+ Sự lãng phí của nguyên liệu được giảm thiểu nhờ có hai thiết bị phản
ứng đặt nối tiếp với nhau.
+ Dây chuyền công nghệ là phổ biến, giúp cho quá trình đầu tư nhập khẩu
dây chuyền dễ dàng hơn các công nghệ khác ít phổ biến.

Khoa hoá và công nghệ thực phẩm

15

Chuyên ngành hoá dầu


Đồ án công nghệ – 2009

Trường đại học BR – VT

1.2.2. Sản xuất Etylen Glycol từ C1
Trong thời gian dài, giá dầu thô càng ngày càng tăng,việc sản xuất
etylenglycol cần thiết phải có được những ng̀n ngun liệu rẻ hơn, trong đó thì
tổng hợp từ CO và khí tổng hợp là những quá trình rất quan trọng. Có thể phản
ứng trực tiếp dưới t = 2300C, P = 340MPa, xúc tác Rh theo phản ứng sau:
3H2 + 2CO = HOCH2CH2OH
Tuy nhiên, dưới điều kiện khắc nghiệt như trên,công nghệ kèm theo
sẽ tốn kém cho chế tạo các thiết bị phản ứng phức tạp. Quá trình khác của
DUPONT xảy ra với điều kiện mềm hơn t = 110 oC, P = 4000psi, xúc tác sử dụng
RhPPh3:
HCHO + CO + H2 = HOCH2CHO (glycol andehit)
Phản ứng tổng cộng:
HOCH2CHO + H2 = HOCH2CH2OH
Quá trình sản xuất Etylen glycol đi từ nguyên liệu đầu là CO, quá trình
tương đối phức tạp điều kiện phản ứng khá khắc nghiệt, tuy nhiên về lâu dài, đây
là con đường sản xuất etylen glycol rất đáng lưu tâm khi những nguồn nguyên
liệu từ dầu thô càng ngày càng đắt.
1.2.3. Thủy phân Etylenoxit
a) Cơ sở lý thuyết
Công nghệ này hiện nay vẫn đang được sử dụng rộng rãi trong công
nghiệp để sản xuất etylen glycol hiệu quả. Công nghệ này dựa trên thuỷ phân

etylen oxyt -sản phẩm sau quá trình oxy hoá trực tiếp etylen với không khí hoặc
với oxy tinh khiết (~95-100% TT). Quá trình này thực hiện có thể khơng cần tới
xúc tác mà vẫn cho độ chuyển hoá và chọn lọc cao.Sản phẩm phụ của quá trình

Khoa hoá và công nghệ thực phẩm

16

Chuyên ngành hoá dầu


Đồ án công nghệ – 2009

Trường đại học BR – VT

là di-,tri-,tetra- và các poly-etylenglycol khác với hiệu suất tạo thành tương ứng
của chúng giảm dần.
Phương trình phản ứng:

Hiệu suất phản ứng được xác định trong đồ thị sau:

Hình 1.1. Đồ thị thể hiện hiệu suất tạo etylene glycol thông qua tỉ lệ mol
nước/etylene oxit

Khoa hoá và công nghệ thực phẩm

17

Chuyên ngành hoá dầu

Đồ án công nghệ – 2009

Trường đại học BR – VT

b) Công nghệ đơn giản nhất sản xuất etylen glycol từ etylene oxide:

Hình 1.2. Sơ đồ thủy phân etylen oxyt sản xuất etylen glycol
1.Thiết bị phản ứng; 2,3,4,5. các tháp chưng luyện; 6. thiết bị đun sôi đáy tháp
Phương pháp này đơn giản nhưng có một sớ nhược điểm sau:
- Nguyên liệu Etylen oxit có độ chuyển hóa thấp 80%
- Sản phẩm 10% chuyển thành các sản phẩm phụ;
- Sản phẩm đi vào thiết bị chưng cất chứa một lượng nước lớn nên tiêu tốn
nhiều năng lượng để chưng cất sản phẩm. Việc tổng hợp chọn lọc của etylen
glycol thông qua chất trung gian ethylene cacbonat (1,3 – dioxlan-2-one) thì cho
năng suất cao (90%).

Khoa hoá và công nghệ thực phẩm

18

Chuyên ngành hoá dầu


Đồ án công nghệ – 2009

Trường đại học BR – VT

c) Công nghệ sản xuất etylen glycol từ etylene oxide trong công
nghiệp

Hình 1.4. Công nghệ sản xuất etylen glycol từ etylen oxit
1. Thiết bị trộn; 2. Thiết bị phản ứng; 3,4,5,6. Thiết bị tách nước; 7. Tháp
dehydration; 8. Tháp tách MEG; 9. Tháp tách DEG; 10. Tháp tách TEG;
11. Trao đổi nhiệt; 12,15. Thiết bị đun nóng; 13. Bơm
Thuyết minh sơ đồ:
Dung dịch etylen oxyt và nước được gia nhiệt tới gần 200 oC, quá trình thuỷ
phân sẽ sinh ra sản phẩm gồm mono-, di-, tri- và poly etylen glycol với tỷ lệ
tương ứng giảm dần.
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 sớ mol nước gấp 20 lần so với etylen oxyt.

Khoa hoá và công nghệ thực phẩm

19

Chuyên ngành hoá dầu


Đồ án công nghệ – 2009

Trường đại học BR – VT

Người ta cũng có thể sử dụng H2SO4 để làm xúc tác cho quá trình, nhưng thực tế
không cần vậy vì hiệu śt của nó chỉ cao hơn khơng nhiều so với 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. Cịn 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
trietylene glycol 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.

Khoa hoá và cơng nghệ thực phẩm

20

Chun ngành hoá dầu


Đồ án công nghệ – 2009

Trường đại học BR – VT

CHƯƠNG 2
THIẾT KẾ CÔNG NGHÊ SẢN XUẤT
2.1.

Cơ sở thiết kế
a) Nguyên liệu sản xuất

Nguyên liệu cho quá trình sản xuất etylene glycol trong đờ án là etylene
oxit và nước.
Có ưu điểm như sau:
b)

Hiệu suất phản ứng tương đối cao;
Không cần phải dùng chất xúc tác;
Hiệu suất tách, thu hồi sản phẩm cao.
Lựa chọn công nghệ sản xuất etylene glycol cho đồ án

Trong đồ án này, sơ đồ thuỷ phân etylen oxit như trên sẽ được lựa chọn nối
tiếp sau công nghệ Scientific Design để sản xuất etylen glycol.
c) Xây dựng quy trình cơng nghệ

Quy trình sản x́t etylen glycol bao gồm 3 giai đoạn:
Nước

Trộn

Giai đoạn 1
Phản ứng

Giai đoạn 2
Tách nước

Giai đoạn 3
Tách sản phẩm

Ethylene
Gia nhiệt

oxit
Giai đoạn trộn:
Etylen oxit sau khi được nén hoá lỏng sẽ được trộn với nước trong thiết bị
trộn dòng thành một dòng và được vào thiết bị phản ứng.
Giai đoạn phản ứng:
Giai đoạn này xảy ra quá trình thuỷ phân Etylene oxit thành Etylene Glycol
ở nhiệt độ gần 200oC, không cần xúc tác.

Khoa hoá và công nghệ thực phẩm

21

Chuyên ngành hoá dầu


Đồ án công nghệ – 2009

Trường đại học BR – VT

Trong đồ án này, thiết bị phản ứng là thiết bị dạng khuấy trộn liên tục được
gia nhiệt bằng hơi nước ở 249,18oC (40at) xung quanh thiết bị, áp suất trong thiết
bị phản ứng được duy trì ở 16 atm để tránh sự bay hơi của Etylene oxit và nước
do nhiệt độ cao (200oC).
Giai đoạn tách nước:
Giai đoạn tách nước gồm 4 tháp chưng cất nối tiếp nhau, hoạt động ở nhiệt
khoảng độ 100oC, ứng với nhiệt độ bay hơi của nước.
Giai đoại tách sản phẩm:
Gồm 4 tháp chưng cất nới tiếp nhau:
Tháp đầu tách lượng nước cịn lại;
Tháp thứ 2 tách sản phẩm chính etylene glycol;

Tháp thứ 3 tách sản phẩm phụ dietylen glycol;
Tháp thứ 4 tách sản phẩm phụ trietylene glycol và polyetylene glycol.
2.2. Sơ đồ công nghệ

Khoa hoá và công nghệ thực phẩm

22

Chuyên ngành hoá dầu


Đồ án công nghệ – 2009

Trường đại học BR – VT

Thiết minh sơ đờ cơng nghệ
Đầu tiên etylen oxit có nhiệt độ khoảng 25oC được đưa vào máy nén 1, nén
hoá lỏng ở áp suất 1,4atm. Sau đó etylen oxit lỏng và nước có nhiệt độ khoảng
25oC được đưa vào thiết bị trộn dòng 2, với tỉ lệ nước/etylene oxit là 12/1, sau
khi trộn thành 1 dòng, hỗn hợp sẽ được trao đổi nhiệt với dòng condensate từ 4
thiết bị tách sơ bộ, sau đó hỗn hợp được dẫn vào thiết bị phản ứng 4, nước và
etylen oxit được trộn đều nhờ cánh khuấy vít tải cùng với 4 thanh bằng thép ở
xung quanh thành thiết bị, trong quá trình trộn hỗn hợp được gia nhiệt bằng hơi
nước (249,18oC, 40atm) ở xung quanh thiết bị và nhiệt độ nguyên liệu tăng lên
khoảng 200oC để phản ứng thủy phân giữa etylen oxit và nước xảy ra, sản phẩm
gồm mono-, di-, tri- và poly etylene glycol với tỷ lệ tương ứng giảm dần.
Sản phẩm sau khi phản ứng bao gồm hỗn hợp sản phẩm etylen glycol và
condensate đi qua van giãm áp 5, nhằm mục đích hạ áp suất và nhiệt độ (còn
khoảng 1atm, 100oC), hỗn hợp sản phẩm tiếp tục đi vào hệ thống tách nước gồm
4 tháp (tháp 6,7,8 và 9) ở 4 tháp này có sử dụng thiết bị gia nhiệt ở đáy 10, vì

nước và hỗn hợp condensate có nhiệt độ sơi thấp hơn (≤ 100 oC) sản phẩm
ethylene glycol (197,4oC) nên sẽ bị bay hơi và lấy ra ở đỉnh tháp cịn hỗn hợp
các etylen glycol có nhiệt độ sôi cao hơn nên được lấy ra ở đáy tháp. Để tách
hoàn toàn nước sản phản tiếp tục đi vào tháp chân không 11, nước được tách ra ở
đỉnh tháp này được hời lưu lại với dịng nước nhập liệu ở thiết bị trộn 2. Hỗn hợp
các etylen glycol sau khi được tách nước được lấy ra ở đáy tháp, thì tiếp tục
được đưa vào thiết bị tách monoetylene glycol ở tháp 12, tách dietylene glycol ở
tháp 13, tách trietylene glycol ở tháp 14. Các thiết bị này có sử dụng thiết bị đun
nóng đáy tháp Reboiler 10 để gia nhiệt cho đáy tháp.
Việc tạo thành các sản phẩm phụ 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 H 2O.
Khoa hoá và công nghệ thực phẩm

23

Chuyên ngành hoá dầu


Đồ án công nghệ – 2009

Trường đại học BR – VT

Có thể sử dụng sớ mol nước gấp 20 lần so với etylen oxyt, nhưng quá trình gia
nhiệt và tách sản phẩm rất tốn rất nhiều năng lượng nên không được ứng dụng
rộng rãi. Người ta cũng có thể sử dụng H 2SO4 để làm xúc tác cho quá trình,
nhưng thực tế khơng cần vậy vì hiệu śt của nó chỉ cao hơn không nhiều so với
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. Cịn 10%
thành các dạng khác.

Khoa hoá và cơng nghệ thực phẩm

24

Chuyên ngành hoá dầu


Đồ án công nghệ – 2009

Trường đại học BR – VT

CHƯƠNG 3
TÍNH TỐN
3.1. Cân bằng vật chất
Phương trình phản ứng tạo etylene glycol từ etylene oxit và nước:
Theo đề tài của đồ án năng suất sản xuất etylen glycol là 500 lít/giờ.
Ta có khới lượng riêng của etylen glycol ở 25oC là: = 1,113 kg/lít
Khối lượng etylen glycol: GEG = 500.1,113 = 556,9 kg/h
Số mol etylen glycol: nEG = 556,9/62 = 8,976 kmol/h
Ta chọn hiệu suất tách của các tháp là 90%, nên khới lượng mol qua từng
tháp như sau:
•

Tính lượng etylen glycol vào các tháp tách:

Lượng etylen glycol vào tháp tách etylen glycol:
GEG = 8,976. = 9,973 kmol/h
Lượng etylen glycol vào tháp dehydration:
GEG = 9,973. = 11,08 kmol/l

Lượng etylen glycol vào tháp tách nước 4:
GEG = 11,08. = 12,312 kmol/h
Lượng etylen glycol vào tháp tách nước 3:
GEG = 12,312. = 13,68 kmol/h
Lượng etylen glycol vào tháp tách nước 2:
GEG = 13,68. = 15,2 kmol/h
Lượng etylen glycol vào tháp tách nước 1:
GEG = 15,2. = 16,889 kmol/h
•

Tính lượng etylen oxit vào thiết bị phản ứng:

Khoa hoá và công nghệ thực phẩm

25

Chuyên ngành hoá dầu