NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ QUY TRÌNH SẢN XUẤT FORMALDEHYDE

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA – VŨNG TÀU
KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẤM
ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ
NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ QUY TRÌNH SẢN
XUẤT FORMALDEHYDE
GVHD : TS. Lê Nhật Thùy Giang
SVTH : 1. Phạm Văn Hoan
2. Nguyễn Tuấn Anh
3. Trần Thị Kim Loan
4. Vũ Văn Đương
Thiết kế quy trình sản xuất Formaldehyde
Nội Dung Chính
1. Giới thiệu chung về formaldehyde
3. Lựa chọn phương pháp sản xuất
2. Các quá trình sản xuất formaldehyde
4. Sơ đồ công nghệ
Thiết kế quy trình sản xuất Formaldehyde
Giới Thiệu Chung Về Formaldehyde
1.Khái niệm

Formandehyde là một hợp chất hữu cơ rất quan trọng trong công nghiệp sản xuất hàng tiêu
dùng, công nghệp sản suất chất dẻo, các loại keo dính, và các dồ gia dụng khác.

Dung dịch formandehyde nồng độ từ 37-40% được gọi là dung dịch formanlin. Dung dịch
fomalin được sử dụng rộng rãi trong các nghành như: trong ngành y tế dùng để ướp xác,trong
ngành thực phẩm dùng làm chất bảo quản , chất chống thối …

Ở nước ta hàng năm vẫn phải nhập khẩu lượng formandehit rất lớn đế sản xuất các lọai
polyme, keo dán, cót ép, tấm lợp, các loại vật liệu cách nhiệt cách điện, các loại chất mạ bóng,
và rất nhiều chất phụ trợ sử dụng trong các ngành y tế, thuộc da, thực phẩm
Thiết kế quy trình sản xuất Formaldehyde

Giới Thiệu Chung Về Formaldehyde
2. Tính chất vật lý

Formaldehyde (CH
2
O) là chất khí không màu, mùi sốc, vị chua,độc (tác động đến mắt, da và cổ họng và kích thích thần
kinh ngay cả khi với nồng độ nhỏ ).

Formaldehyde hoá lỏng ở -19,2
o
C, tỷ trọng của lỏng là 0,8153 (ở -20
o
C) và 0.9172 (ở -80
o
C) đóng rắn ở -118
o
C dạng bột
nhão trắng.

Khí fomandehyde khan hoàn toàn thì tương đối bền vững ở áp suất khí quyểnvà ở nhiệt độ 80-100
0
C, nhưng ở nhiệt độ
thấp hơn thì nó bị Polime hoá chậm.

Ở nhiệt độ 400
0
C và cao hơn thì khí Fomandehyde phân huỷ ở nhiệt độ khá nhanh tạo thành axit, cacbon và hydro.
Thiết kế quy trình sản xuất Formaldehyde
Giới Thiệu Chung Về Formaldehyde
3.Tính chất hóa học

Fomandehit là một trong những hợp chất hữu cơ hoạt động nhất được biết đến. Fomandehit có chứa nối đôi phân cực nên có khả
năng tham gia vào rất nhiều phản ứng hoá học đặc trưng cho nhóm C=O.

Phản ứng phân huỷ.
Ở 150
o
C :
Ở 350
o
C :

Phản ứng polyme hoá.

Phản ứng cộng.
Thiết kế quy trình sản xuất Formaldehyde
Giới Thiệu Chung Về Formaldehyde
3. Tính chất hóa học

Phản ứng oxy hóa khử.
Fomandehit bị khử bởi H
2
trên xúc tác Ni tạo thành metanol
Fomandehit bị oxi hoá bởi axit có tính oxi hoá mạnh như HNO
3
, H
2
SO
4
đặc nóng, KMnO

4
, K
2
Cr
2
0
7
, O2
Khi có mặt các hợp chất kiềm mạnh hoặc khi đun nóng có mặt xúc tác axit fomandehit tham gia phản ứng Canizaro
Khi có mặt các xúc tác A1(CH
3
)
3
, Mg(CH
3
)
2
para fomandehit (dạng polyme) tham gia phản ứng Tishchenko
Thiết kế quy trình sản xuất Formaldehyde
Giới Thiệu Chung Về Formaldehyde
3. Tính chất hóa học

Phản ứng ngưng tụ
Phản ứng ngưng tụ của fomandehit với amin trong sự có mặt của H
2
, phản ứng Mannich.
Tác dụng vớit NH4Cl, tuỳ thuộc vào điều kiện phản ứng mà sản phẩm có thể thu được là metyl amin, dimetyl amin, trimetyl
amin hoặc axit formic.

Phản ứng tạo nhựa

Fomandehit ngưng tụ vớit ure, metylamin, uretan, hydrocacbon thơm dạng sunforamit, amin và phenol tạo thành nhựa tống hợp.
Các loại nhựa này là nguyên liệu đầu cho các quá trình sản suất ra các mặt hàng tiêu dùng, các dụng cụ sinh hoạt cũng như các
loại mặt hàng khác như thiết bị cách điện, vỏ các thiết bị điện, điện tử
Thiết kế quy trình sản xuất Formaldehyde
Các Phương Pháp Sản Xuất Formaldehdye
1. Quá trình sản xuất formaldehyde theo công nghệ BASF
Đặc trưng của công nghệ này là duy trì chế độ chuyển hoá metanol ở nhiệt độ cao (đều 720
0
C). Do đó metanol có mức độ chuyển
hoá cao. Sản phẩm có nồng độ 40¸50% formaldehyde: 1,3% Metanol và 0,01% axit formic. Hiệu suất của quá trình đạt 89¸95%.
1. Thiết bị bốc hơi
2. Thiết bị phản ứng
3. Thiết bị trao đổi nhiệt
4. Thiết bị hấp thụ
5. Nồi hơi
6. Thiết bị làm lạnh
Thiết kế quy trình sản xuất Formaldehyde
1. Quá trình sản xuất formaldehyde theo công nghệ BASF

Ưu điểm:
•
Sơ đồ hoạt động và quá trình khởi động rất đơn giản, sau khi nghỉ hoặc có sự cố thì khởi động lại nhanh.
•
Dung dịch formaldehyde có nồng độ cao muốn thay đổi nồng độ thì chỉ cần thay đổi sự tinh khiết của nguyên liệu.
•
Độ chuyển hóa và hiệu suất của quá trình cao.
•
Các thiết bị trong dây truyền có thể tích nhỏ, do vậy vốn đầu tư thấp.
•
Khí thải sinh ra có thể đốt cháy thu nhiệt lượng nên không gây ô nhiễm môi trường.


Nhược điểm:
•
Nhiệt độ làm việc quá cao 650 – 720
o
C gây nhanh hư hại thiết bị
Các Phương Pháp Sản Xuất Formaldehdye
Thiết kế quy trình sản xuất Formaldehyde
2. Quá trình chuyển hóa không hoàn toàn và chưng thu hồi methanol
Các Phương Pháp Sản Xuất Formaldehdye
Quá trình này tiến hành ở 590 ÷ 650
o
C. Do nhiệt độ tương đối thấp nên ít xảy ra các phản ứng phụ và hiệu suất có thể đạt 91 ÷
92% nhưng độ chuyển hóa chỉ đạt 82 ÷ 85%. Dung dịch sau tháp hấp thụ được đưa đi chưng luyện thu hồi metanol. Sản phẩm sau
chưng cất chứa 55% formaldehyde và 1% metanol. Quá trình này đã được dùng ở một số công ty lớn (ví dụ ICI, Berdew và
Degussa) .
1. Thiết bị bốc hơi
2. Thiết bị phản ứng
3. Thiết bị trao đổi nhiệt
4. Tháp chưng
5. Thiết bị hấp thụ
6. Nồi hơi tận dụng nhiệt
7. Thiết bị làm lạnh
8. Đun quá nhiệt
9. Thiết bị trao đổi ion
Thiết kế quy trình sản xuất Formaldehyde
2. Quá trình chuyển hóa không hoàn toàn và chưng thu hồi methanol

Ưu điểm :
•

Nhiệt độ làm việc thấp hơn quá trình BASF nên ít gây hư hỏng thiết bị hơn.
•
Trong khí thải có một lượng lớn khí hydro sinh ra nên nhiệt lượng thu được từ quá trình đốt khí thải cao.
•
Dung dịch formalin có nồng độ và hiệu suất của quá trình tương đối cao.

Nhược điểm :
•
Độ chuyển hóa thấp, không đồng đều.
•
Thêm thiết bị chưng thu hồi methanol.
•
Chi tiêu nguyên liệu lớn vì phải bổ sung một lượng hơi nước lớn.
Các Phương Pháp Sản Xuất Formaldehdye
3. Quá trình sản xuất formaldehyde theo công nghệ fomox
Các Phương Pháp Sản Xuất Formaldehdye
Đặt trưng của công nghệ này là việc ở nhiệt độ thấp 340
0
C thiết bị làm việc đẳng nhiệt, hàm lượng metanol thấp, thừa không khí.
Thiết kế quy trình sản xuất Formaldehyde
1. Thiết bị bay hơi
2. Quạt gió
3. Thiết bị phản ứng
4. Reboiler
5. Thiết bị gia nhiệt
6. Tháp hấp thụ
7. Hệ thống làm mát
8. Thiết bị làm lạnh
3. Quá trình sản xuất formaldehyde theo công nghệ fomox
Thiết kế quy trình sản xuất Formaldehyde


Ưu điểm:
•
Tỉ lệ methanol trên không khí nhỏ ( khoảng 6% ) khi đưa vào sản xuất, nên phù hợp với nhưng nơi có hàm lượng methanol
thấp.
•
Độ chuyển hóa và hiệu suất quá trình rất cao.
•
Quá trình được thực hiện ở nhiệt độ thấp nên vấn đề tự động hóa được thực hiện dễ dàng.

Nhược điểm:
•
Tỷ lệ methanol trên không khí nhỏ nên phải cần 1 lượng không khí lớn cho dây chuyền có cùng công suất so với công nghệ
xúc tác Ag. Do vậy thiết bị trong dây truyền lớn, nên vốn đầu từ về cơ bản lớn.
•
Lượng khí thải không cháy được gây ô nhiễm môi trường nên cần một lượng dầu lớn nhất định để đốt bỏ khí thải này.
•
Năng suất của dây chuyền sản xuất nhỏ.
Các Phương Pháp Sản Xuất Formaldehdye
1. Yếu tố kinh tế
Lựa Chọn Công Nghệ Sản Xuất
Chi phí Công nghệ BASF
Công nghệ chuyển hóa hoàn toàn kết hợp với chưng cất
thu hồi metanol
Công nghệ FORMOX
Chi phí nguyên liệu
Metanol, t/t
Nước công nghệ, t/t
Xúc tác mất mát, g/t
Tái sinh xúc tác , kg/mẻ

1.215
1.38
0.07
170

1.176
0.32
0.05
200

1.162
1.96

135
Chi phí phụ trợ
Điện, kw.h/t
Nước làm mát, m
3
/t
Nước nguyên liệu, t/t
Hơi, t/t

111
41
3
0

78
148

1.5
2.2

230
26
Sản phẩm hơi
Từ quá trình tận dụng nhiệt, t/t
Từ khí off-gas, t/t

1.7

1.3



1.5

1.85
Chi phí tổng
Chi phí sản phẩm, $/t
Vốn đầu tư, 10
6
$

174.5
3.3

211.6
3.7

183.9
4.0
Thiết kế quy trình sản xuất Formaldehyde
2. Lựa chọn công nghệ
Lựa Chọn Công Nghệ Sản Xuất
Qua phân tích so sánh giữa các quá trình sản xuất formaldehyde ở trên thấy rằng thiết bị phản ứng dùng xúc tác bạc có năng
suất lớn, do chế độ tự nhiệt nên thời gian mở máy nhanh nhưng cũng nhạy với sự thay đổi của các thông số đầu vào, thiết bị
phản ứng luôn có bộ phận đốt nóng bằng điện để mở máy .
Công nghệ trên xúc tác bạc tiến hành ở nhiệt độ cao hơn nên hiệu suất thấp hơn đặc biệt là công nghệ BASF, nhưng bù vào
đó thì ngoài những ưu điểm về kỹ thuật phản ứng, do làm việc với nồng độ metanol cao của hỗn hợp phải ứng các thiết bị công
nghệ có kích thước nhỏ hơn do đó tiêu hao năng lượng và vốn đầu tư thấp hơn, ngoài ra khí thải có khối lượng bé hơn và tự
cháy được nên được sử dụng để đốt tạo hơi và chống ô nhiễm môi trường .
Do những đặc điểm nói trên và điều kiện kinh tế của Việt Nam nên ta chọn công nghệ BASF để sản xuất formalin trên xúc
tác Ag .
Sơ Đồ Công Nghệ
1. Thùng chứa nguyên liệu – 2. Bơm – 3. Thùng cao vị - 4. TB trao đổi nhiệt – 5. TB hóa hơi – 6. Máy nén – 7. Tháp phản ứng chính – 9. Tháp hấp thụ - 10.
Tháp chưng cất –
11. TB gia nhiệt – 12. TB làm lạnh – 13. TB tách lỏng khí – 14. Thùng chứa sản phẩm
Sơ đồ sản xuất formaldehyde trên nền xúc tác bạc