tính toán,thiết kế phân xưởng sản xuất anhydrit phtalic

LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay ngành công nghệ hóa chất nói chung và ngành công nghệ tổng hợp
hữu cơ rất được quan tâm nên rất phát triển. Có nhiều hợp chất hữu cơ không có
sẵn trong tự nhiên nhưng nó có rất nhiều ứng dụng vì thế ta phải thiết kế các
công nghệ và dây chuyền sản xuất để tổng hợp và Anhydrit phhalic là một trông
những hóa chất như vậy.
Alhydrit phthalic lần đầu tiên được báo cáo vào năm 1836 bởi Auguste
Laurent . Các nguyên liệu thường dùng là ortho - xylene và naphthalene.
Ứng dụng chính của Anhydirt phthalic là rất rộng rãi. Anhydirt phthalic là một
hóa chất trung gian trong sản xuất nhựa từ vinyl clorua. Este phthalate, có chức
năng như chất dẻo, có nguồn gốc từ Anhydirt phthalic. Dẻo phthalate được sử
dụng để sản xuất các sản phẩm nhựa PVC linh hoạt như dây cáp, ống dẫn, vải
da, giày, bộ phim để đóng gói v.v có Anhydirt phthalic khác sử dụng chủ yếu
trong sản xuất nhựa polyester và các ứng dụng khác trong sản xuất alkyd nhựa
được sử dụng trong sơn và sơn mài; thuốc nhuộm nhất định (thuốc nhuộm
anthraquinone, phthalein, Rhodamine, phthalocyanine, fluorescin, và xanten);
chất đuổi côn trùng, và polyol polyester cho Polyurethane. Bên cạnh đó, nó cũng
được sử dụng như là một chất ức chế cháy cao su và hãm.
Do có nhiều ứng dụng trong ngành công nghiệp hóa chất và sản lượng sản xuất
lớn trên thế giới nên em đã nghiên cứu đề tài này dưới dự hướng dẫn của cô
Nguyễn Hồng Liên. Trong quá trình nghiên cứu những sai sót là khó tránh khỏi
nên em rất mong có được những góp ý của cô. Em xin chân thành cảm ơn!
1

PHẦN I: TỔNG QUAN
CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ANHYDIT PHTHALIC
Anhydrit Phthalic là một sản phẩm hữu cơ có công thức phân tử là C
8
H
4

O
3,
ở
trạng thái tự nhiên nó là chất rắn không màu. Anhydrit Phthalic có khối lượng
phân tử là 148,1 g/mol. Để điều chế Anhydrit Phthalic ta có thể thu được nó
thông qua quá trình oxy hóa o-xylene hoặc oxy hóa naphtalen dưới sự có mặt
của các chất xúc tác cần thiết.
Ngày nay, Anhydrit Phthalic được ứng dụng nhiều vì nó là một chất trung gian
vô cùng quan trọng trong ngành công nghiệp hóa chất. Trên thế giới hằng năm
lượng Anhydit Phthalic được sản xuất rất lớn. Theo số liệu thông kê năm 2000,
khối lượng Anhydrit Phthalic trên toàn thế gới sản xuất là 3232000 tấn, trong đó
ở Tây Âu là 778000 tấn, Đông Âu là 171000 tấn, Hoa Kỳ là 48500 tấn, Nhật
Bản là 302000 tấn và Châu Á là 1156000 tấn.
Anhydrit Phthalic được sử dụng trong các quá trình như sản xuất chất dẻo, sản
xuất nhựa polyestes, sản xuất nhựa ankyd. Ngoài ra nó cũng được sử dụng để
sản xuất dược phẩm, thuốc nhuộm, thiết bị, đồ dung nội thất… Qua đó ta thấy
Anhydrit Phthalic có ứng dụng vô cùng quan trọng trong ngành công nghiệp hóa
chất, vì vậy việc sản xuất ra nó là rất cấp thiết.
1.1TÍNH CHẤT VẬT LÝ
Anhydrit Phthalic có nhiệt độ nóng chảy 131
o
C, nhiệt độ sôi 284
o
C; là chất rắn
không màu, dễ bị thăng hoa, nó có tỷ trọng là 1,527 g/cm
3
ở 20
o
C , ít tan trong
nước, tan nhiều trong các dung môi như ethanol, benzene, pyridin…

Anhydrit phthalic có tính độc thấp và ở nồng độ nhất định nó gây ảnh hưởng
tới sức khỏe của con người. Ví dụ trong không khí nồng độ Anhydrit phthalic từ
2
24,9 – 77,8 ppm thì nó dễ gây cho con người bệnh về mắt, bệnh về đường hô
hấp như là hen suyễn, viêm phế quản, ngoài ra nó cũng gây bệnh về da.
Bảng 1. Bảng tóm tắt một số thông số vật lí của
Thông số vật lí Hằng số
Khối lượng riêng(200C)
Độ hòa tan
Nhiệt độ chớp cháy
Áp suất hơi(250C)
Khối lượng phân tử
Nhiệt độ nóng chảy
Nhiệt độ sôi

0,88 g/ml
0,62 g/100g (20-25 ° C)
1520C
0,00052mmHg
148,1 g / mol
131
o
C
284
o
C

1.2 TÍNH CHẤT HOÁ HỌC CỦA ANHYDRIT PHTHALIC
1.2.1 Phản ứng với rượu thu được monoester
C

6
H
4
(CO)
2
O + ROH  C
6
H
4
(CO
2
H)CO
2
R
1.2.2 Phản ứng mở vòng với peroxyt tạo ra axit peroxy
C
6
H
4
(CO)
2
O + H
2
O
2
 C
6
H
4
(CO

2
H)CO
2
H
1.2.3 Phản ứng oxy hóa hoàn toàn
C
8
H
4
O
3
+ 7O
2
 8CO
2
+ 2H
2
O
3
1.2.4 Phản ứng với ancol:

1.2.5 Andehit cộng hidro (xúc tác Niken) đun nóng tạo ra ancol bậc I.
R-CHO + H
2
→ R-CH
2
OH
Phản ứng với nhóm OH :
Phản ứng tạo Fluorescein
1.3. ĐIỀU CHẾ ANHYDRIT PHTHALIC

1.3.1 Đi từ o-xylen
C
6
H
4
(CH
3
)
2
+ 3O
2
 C
6
H
4
(CO)
2
O + 3H
2
O
4
1.3.2 Đi từ naphthalen
C
10
H
8
+ 9/2O
2
 C
6

H
4
(CO)
2
O + 2CO
2
+
2H
2
O
1.4 ỨNG DỤNG
Anhydrit phthalic được sử dụng rất rộng rãi trong ngành công nghệ hóa chất,
hơn một nửa Andydrit phthalic sản xuất ra dùng để tạo ra Dioctyl Phthalate là
một chất quan trọng trong việc tạo ra nhưa PVC. Việc sử dụng lớn thứ hai của
Anhydrit Phthalic, khoảng 18% sản lượng, là trong nhựa polyester không no
(UPRs) được sử dụng để sản xuất nhựa sợi thủy tinh gia cố, Anhydrid phthalic
được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp để sản xuất một số thuốc
nhuộm . Một ứng dụng nổi tiếng của phản ứng này là việc chuẩn bị
của anthroquinone thuốc nhuộm quinizarin bằng phản ứng với para-
chlorophenol tiếp theo thủy phân của clorua. Trong ngành dược phẩm, Anhydrid
phthalic phản ứng với cellulose acetate dạng cellulose acetate phthalate (CAP),
một chung lớp vỏ ruột tá dược đó cũng đã được chứng minh là có tác dụng
kháng virus. phthalic anhydride là một sản phẩm phân hủy của CAP.

5
CHƯƠNG II
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NGUYÊN LIỆU O-XYLE
Orthor-Xylen là một hyđrocacbon thơm, gồm một vòng benzen và hai nhóm
mêtyl thế vào hai nguyên tử cácbon liền kề thuộc vòng thơm. Nó có công thức
phân tử là C

8
H
10,
khối lượng phân tử là 106,16 g/mol. Nó không hòa tan trong
nước nhưng tan rất tốt trong các dung môi hữu cơ như ethanol, diethyl ether. O-
Xylene được sử dụng chủ yếu để thực hiện như một dung môi công nghiệp và
trong tổng hợp hữu cơ. Trên thế giới o-xylen được dùng để tổng hợp Anhydrit
phthalic là lớn nhất.
2.1 TÍNH CHẤT VẬT LÍ
O-xylen là một chất lỏng không màu, mùi thơm,không tan trong nước, tan
nhiều trong các dung môi hữu cơ. O-xylen có khối lượng phân tử là 106,16
g/mol và nó có Khối lượng riêng(20
0
C): 0,88 g/ml. O-xylen có nhiệt độ sôi
144,4
0
C là và nhiệt độ nóng chảy là -24
0
C.
Bảng 2. Bảng tóm tắt một số thôngg số vật lí của O-xylen
Thông số Hằng số
khối lượng phân tử
Khối lượng riêng(20
0
C)
nhiệt độ sôi
nhiệt độ nóng chảy
là 106,16 g/mol
0,88 g/ml
144,4

0
C
24
0
C
6
Độ nhớt(20
0
C)
Độ hòa tan(25
0
C )
Nhiệt độ chớp cháy
Nhiệt dung(25
0
C)
Sức căng bề mặt(20
0
C)
0,8102 c P
0, 171 g/l
17
0
C
187,0 J / (mol K)
30,10 dyn/cm
2.2TÍNH CHẤT HÓA HỌC.
2.2.1Phản ứng oxy hóa hoàn toàn.
2C
8

H
10
+ 21O
2
 16CO
2
+ 10H
2
O,
2.2.2 Phản ứng điều chế anhydit phthalic.
C
6
H
4
(CH
3
)
2
+ 3 O
2
 C
6
H
4
(CO)
2
O + 3H
2
O
Phản ứng này cần có V

2
O
5
làm chất xúc tác.
2.2.3 Phản ứng thế
C
6
H
4
(CH
3
)
2
+ 2Br
2
 C
6
H
4
(CH
2
Br)
2
+ 2HBr
2.2.4 một số phản ứng khác
Phản ứng oxi hóa tạo ra anhydrite maleic:
C
6
H
4

(CH
3
)
2
+ 15/2O
2
 C
2
H
2
(CO)
2
O + 4CO
2
+ 4H
2
O
2.3ỨNG DỤNG
Sản xuất sơn và nhựa :Dùng O-Xylene làm dung môi cho sơn bề mặt vì nó có
tốc độ bay hơi chậm hơn Toluene và khả năng hoà tan tốt. Nó được dùng trong
tráng men, sơn mài, sơn tàu biển, các loại sơn bảo vệ khác và dùng trong sản
xuất nhựa alkyd.
7
. -Mực in:O-Xylene dùng làm dung môi cho mực in vì nó có độ hoà tan cao.
Keo dán: O-Xylene được dùng trong sản xuất keo dán như keo dán cao su
nguyên liệu để sản xuất chất khác.
O-Xylen chủ yếu dùng để tổng hợp Anhydrit phthalic là một chất được
sử dụng rất nhều trong ngành công nghiệp hóa chất như sản xuất thuốc
nhuộm, sản xuất chất dẻo, sản xuất nhựa, dược phẩm.
CHƯƠNG III

Các Phương Pháp Sản Xuất Anhydrit Phthalic
3. Các phương pháp sản xuất anhydrite phthalic
3.1Quá trình sản xuất anhydrite phthalic bằng phương pháp oxy hóa o-
xylen.
8
Hình 1. Sơ đồ công nghệ sản xuất anhydrite phthalic từ o-xylen
3.1.1. Các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình.
Phản ứng hóa học chính xảy ra như sau:
C
6
H
4
(CH
3
)
2
+ 3O
2
 C
6
H
4
(CO)
2
O + 3H
2
O
Phản ứng này xảy ra ở pha hơi và cần có xúc tác là V
2
O

5.
Các phản ứng phụ:
C
6
H
4
(CH
3
)
2
+ 3O
2
 C
6
H
4
(CO)
2
O + 3H
2
O
C
6
H
4
(CH
3
)
2
+ 10O

2
 8CO
2
+ 5H
2
O
3.1.2. Nguyên liệu của quá trình sản xuất anhydit phthalic từ o-xylen.
Nguyên liệu của quá trình sản xuất anhydrit phthalic bằng phương pháp oxy hóa
o-xylen thì ngoài o-xylen còn có không khí( chủ yếu là cung cấp oxy cho phản
ứng oxy hóa), lưu huỳnh dioxit.
Các nguồn cung cấp xylen thì chứa tới 95%( tính theo trọng lượng) là o-xylen,
5% còn lại là các m-xylen và p-xylen.
Trong quá trình phản ứng thì chỉ có o-xylen bị oxy hóa tạo ra anhydrit phthaic
còn m-xylen và p-xylen
dưới điều kiện của lò phản ứng thì nó tạo ra các sản phẩm khác mà chủ yếu là
Cacbon oxit và nước. tuy nhiên trong quá trình sản xuất anhydrit phthalic thì p-
xylen bị oxy hóa tạo ra anhydrit maleic, p-tolualdehy, axit p-toluic, axit
terephthalic. Trong khi đó m-xylen bị oxy hóa tạo ra anhydrit maleic, axit
isophthalic, m-tolualdehy và p-benzoquinone.
Không khí sau quá trình lọc để loại bỏ các tạp chất( chủ yếu là bụi) người ta đem
nén dưới áp suất từ 48,2 Kpa đến 55,2 Kpa và được làm nóng đến 149
0
C bằng
hơi nước. nguyên liệu o-xylen cũng được làm nóng và bay hơi vào dòng không
9
khí nóng. Một lượng nhỏ lưu huỳnh dioxit ( 0,2% đến 2,5% theo trong lượng)
cũng được đưa vào trong quá trình để duy trì hoạt tính của chất xúc tác ( V
2
O
5

).
3.1.3. Lò phản ứng.
Trong lò phản ứng thì tỉ lệ theo trọng lượng giữa không khí và nguyên liệu o-
xylen là 25,tương đương với 1 mol phần trăm xylen.Tỉ lệ theo trọng lượng thấp
nhất là 20 và cao nhất là 34. Không khí được đưa vào lò phản ứng phải dư để
đảm bảo tỉ lệ hỗn hợp thấp hơn giới hạn nổ. Sau khi loại bỏ các nguyên liệu bốc
hơi, các chất phản ứng với nhau trong lò phản ứng ở nhiệt độ khoảng 380
o
C.
Nhiệt độ trong lò phản ứng được duy trì từ 300
o
C đến 390
o
C.
Lò phản ứng BASF có công suất 1,44.10
4
tấn/năm thì nó có đường kính 4,2 mét.
Trong lò phản ứng có chứa 9,948 ống chứa đầy chất xúc tác, mỗi ống dài 3m.
Cũng có một số nhà máy sử dụng số ống đựng chất xúc tác lớn hơn 9,948
ống( khoảng 13000 ống). Các phản ứng trong lò phản ứng đều là các phản ứng
tỏa nhiệt nên nhiệt độ trong lò phản ứng rất cao. Để duy trì nhiệt độ phản ứng và
để tránh hỏng lò phản ứng bởi nhiệt độ cao thì người ta làm mát các lò phản ứng
bằng cách cho các chất tải nhiệt chảy bên ngoài lò phản ứng( vỏ của lò phản
ứng). Các chất tải nhiệt có thể là muối của natri, kali( NaCl, KaCl, Na
2
CO
3,
K
2
CO

3
). Khi đó các chất tải nhiệt này có nhiệt độ cao tiếp tục được đưa đến
bộ phận trao đổi nhiệt, người ta tận dụng nhiệt lượng này để sản xuất hơi nước
có áp suất cao. Khí đi ra lò phản ứng có nhiệt độ cao( khoảng 375
o
C), Khí này
được dẫn vào nồi hơi để tận dụng nhiệt phục vụ cho quá trình sinh hơi.
Trong lò phản ứng, phản ứng oxi hóa xylen là hoàn toàn (100%). Với mỗi
kilogram nguyên liệu chứa 95% o-xylen ta thu được 1,03 kilogram anhydrit
phthalic. Theo lí thuyết thì với 1 kg nguyên liệu chứa 100% o-xylen ta thu được
1,39 kg anhydrit phthalic.
10
3.1.4 Quá trình chuyển đổi trong thiết bị ngưng tụ.
Do không khí được sử dụng trong các lò phản ứng vượt quá 567%. Áp suất
riêng phần của anhydrit phthalic trong dòng khí phun ra là như vậy nên nhiệt độ
điểm sương thấp hơn nhiệt độ nóng chảy ( 130,8
o
C) của anhydrit phthalic. Do đó
các sản phẩm bị ngưng tụ và bị đóng rắn. Các sản phẩm ngưng tụ trên các ống
của thiết bị ngưng tụ. Các thiết bị ngưng tụ được luân phiên làm nóng và làm
lạnh bằng dòng dầu truyền nhiệt riêng biệt theo một chu kì điều khiển tự động.
Trong phần làm mát của chu kì anhydrit phthalic kết kinh trên bề mặt ngoài của
ống. Trong phần làm nóng của chu kì anhydrit phthalic được làm nóng chảy, sau
đó nó được đưa đến bể chứa các sản phẩm thô. Một quá trình điển hình là sử
dụng liên tiếp chín thiết bị ngưng tụ. trong đó, sáu thiết bị đang ngưng tụ, hai
thiết bị có nhiệm vụ làm tan chảy. Thiết bị thứ chín ở chế độ chờ, nó có nhiệm
vụ làm sạch và bảo trì để các quá trình diễn ra không bị gián đoạn. Khí còn sót
lại trên thiết bị ngưng tụ có nhiệt độ khoảng 66
o
C và áp suất khoảng 26 Kpa, nó

sẽ chuyển đến lò đốt và được đốt tại đây.
3.1.5. Qúa trình làm sạch sản phẩm
Sau khi thu được sản phẩm thô thì trong sảm phẩm thô vẫn còn tạp chất, chính
vì thế ta phải có quá trình làm sạch sản phẩm.
Trong sản phẩm thô có chứa 99% đến 99,5% anhydrit phthalic cũng như axit
phthalic, nó được lưu giữ ở 149
o
C dưới áp suất khí quyển. Qúa trình làm sạch
sản phẩm gồm hai bước đó là các bước xử lí nhiệt và bước chưng chất chân
không.
Trong bước xử lí nhiệt, sản phẩm thô sau khi đi qua thiết bị sấy và được sấy khô
nó sẽ được đưa đến các bể chứa tiền xử lý, tại đây nó được lưu giữ trong điền
kiện nhiệt độ cao dưới chân không trong khoảng thời gian từ 8 đên 12 giờ. Mục
đích của quá trình xử lí nhiệt là phân hủy các hợp chất tạo màu và chuyển đổi
chúng sang các chất có phân tử khối lớn và có thể được tách ra từ sản phẩm
chính thông qua quá trình chưng cất. Đồng thời axit phthalic bị phân hủy, bị
11
hydrat hóa tạo ra anhydit, rồi nó kết hợp với nước tạo ra các chất có nhiệt độ sôi
thấp hơn như anhydit maleic và axit benzoic. Chúng bay hơi một phần và được
loại bỏ nhờ áp lực dưới áp suất chân không chúng sẽ được phun ra cùng dòng
thải. Dòng thải này tiếp tục đưa đến lò đốt và được đốt tại đây.
Bể xử lí sơ bộ có một hệ thống lation, hệ thống này gồm hai cột đó là cột
tước( dùng để phâ tách) và một cột nữa đó là cột tinh chế. Cả hai cột đều hoạt
động dưới áp suất tuyệt đối khoảng từ 2,67 Kpa đến 26,7 Kpa.
Dòng đi qua một precooler rồi tiếp tục đi vào cột tước để phân tách ở nhiệt độ
khoảng 186
o
C. Khi đó anhydrit maleic và axit bezoic được tách ra rồi được
chuyển tới lò đốt để đốt hoặc một thiết bị xử lí khác để xử lý. Dòng cuối cùng
nằm trong cột phân tách sẽ được đưa đến thiết bị bay hơi. Một phần của dòng

được xử lí tiếp trong cột phân tách, phân còn lại được đưa đến cột tinh chế.
Trong cột tinh chế, phần cặn nằm ở đáy cột sẽ được đưa đến lò đốt và đốt. phần
trên cùng của cột tinh chế là anhydrit phthalic có độ tinh khiết lên đến 99.9%
được lấy ra khỏi cột tinh chế và được bảo quản ở điều kiện chân không và ở
nhiệt độ 149
o
C.
3.1.6 Lò đốt.
Trong quá trình sản xuất anhydrite phthalic sản sinh ra một số chất không cần
thiết hay nói cách khác là chất thải. Thông thường những chất này người ta đem
đốt trong các lò đốt. Cách này được sử dụng không những trong quá trình sản
xuất anhydrite phthalic từ o-xylen mà trong quá trình sản xuất anhydrite phthalic
từ naphthalene mà chúng ta sẽ đề cập sau.
Thông thường người ta sử dụng hệ thống đốt kép, trong hệ thống đốt kép thì có
hai lò đốt bằng nhiệt. Một lò dùng để đốt các chất thải từ quá trình chuyển đổi ở
các thiết bị ngưng tụ. lò còn lại dùng để đốt các chất thải sinh ra từ các quá trình
khác trong nhà máy như là quá trình phân tách, quá trình tách, tinh chế…
12
Nhiệt độ trong các lò đốt khoảng từ 700
o
C đến 760
o
C. các khí thoát ra khỏi lò
đốt có nhiệt độ khoảng 250
o
C và các khí này được kiểm soát 99,9% riêng khí
cacbon monooxit là 96,5%.
3.1.7 Bình chứa.
Sau khi được sản phẩm ta đem bảo quản sản phẩm bằng cách cho chúng vào các
thùng chứa, ngoài ra bình chứa cũng nơi đựng nguyên liệu trước khi đem vào

sản xuất.
Ở bể chứa các lỗ thông hơi các bịt kín để giảm thiệt hại , hao hụt nguyên liệu và
sản phẩm do sự bay hơi. O-xylen được bảo quản ở nhiệt độ môi trường và áp
suất hơi từ 0,13 Kpa đến 1,47 Kpa. Trong bình chứa nguyên liệu được bảo phủ
bằng một lớp nitơ đê tránh tạo thành một hôn hợp nổ trong không gian hơi trên
chất lỏng xylen.
Trong bể chứa anhydrit phthalic và anhydrit phthalic sau khi đã được tinh chế
được duy trì nhiệt độ từ 149
o
C đên 160
o
C, tại nhiệt độ này nó có áp suất hơi từ
2,27 Kpa đến 3,33 Kpa. Trong bể chứa này cũng được bao phủ bởi một lớp nitơ
khô để tránh sự xâm nhập của nước và oxy từ bên ngoài vào. Nếu oxy và nước
xâm nhập vào thì rất nguy hiểm, nó gây ra hỏa hoạn nguyên nhân là do quá trình
thủy phân anhydrit phthalic thành axit phthalic. Lỗ thông hơi không được sử
dụng trên các bể chứa anhydirt phthalic vì hơi anhydit phthalic dễ bị đông đặc
hay là ngưng tụ lại. vì vậy người ta kiểm soát bể chứa anhydrit phthalic bằng
cách thông gió.
3. 1.8 Hệ thống truyền nhiệt.
Theo công nghệ của hãng BASF thì họ sử dụng 3 hệ thống chất lỏng truyền
nhiệt:
Một là hệ thống chất lỏng( cụ thể là các muối nóng chảy) dẫn nhiệt từ các lò
phản ứng.
13
Hai là hệ thống chất lỏng hữu cơ( có thể là diphenyl, di phenyl oxit eutectic)
được sử dụng làm nóng hoặc làm lạnh trong các thiết bị chuyển đổi ngưng tụ.
Ba là hệ thống chất lỏng hữu cơ cung cấp nhiệt cho quá trình làm sạch sản
phẩm.
Các hệ thống truyền nhiệt trong nhà máy sản xuất anhydrit phthalic không có

sẵn. Tuy nhiên, do tính năng cần thiết của hệ thống truyền nhiệt bằng chất lỏng
người ta phải thiết kế xây dựng trong các nhà máy.
Tại lò đốt, xảy ra quá trình đốt cháy nhiên liệu tỏa ra một lương nhiệt lớn, khi đó
chất tải nhiệt( cụ thể là các chất hữu cơ) được bơm đi qua vỏ của lò đốt. Tại đây,
nhiệt được truyền cho chất tải nhiệt và chất tải nhiệt được truyền đi cung cấp
nhiệt cho các quá trình thiết bị trong nhà máy
3.1.9 Dòng nước thải
Trong nhà máy sản xuất anhydrit phthalic dòng nước thải được sản sinh ra từ
đáy của nồi hơi. Một nguồn nước thải khác cũng được sản sinh ra trong hệ thống
làm sạch sản phẩm. Các dòng nước thải này phải được dẫn đến các khu xử lí
nước thải riêng biệt.
3.1.10 Chất xúc tác
Nhiều biến thể vadini oxit đều có thể sử dụng làm xúc tác cho quá trình. Ví dụ
trong một quá trình có thể sử dụng kết hợp nhiều chất xúc tác gồm 3,75%( về
khối lượng) vadini oxit ,21,25% khối lượng kali pyrosunfat và 75% khối lượng
titan dioxit. Để kích thích chất xúc tác hoạt động thì khoảng 65% vadini được
chuyển sang trạng thái tetravalent bằng cách nung vadini trong môi trường có
khí SO
2.
Theo các điều kiện phản ứng thì các hỗn hợp vadini oxit và kali
pyrosunfat tan chảy trong các lỗ rỗng do titan dioxit vận chuyển, trong đó mỗi
hạt có kích thước từ 0,2mm đến 0,5mm.
14
Trong một nghiên cứu về chất xúc tác vadini oxyt trong phản ứng oxy hóa,
người ta kết luận rằng quá trình oxy hóa diễn ra trên bề mặt của chất xúc tác
thông qua quá trình ion phản ứng. Thông qua kết luận này một cơ chế phản ứng
được chỉ ra ở hình 2. Người ta thừa nhận rằng bề mặt của chất xúc tác bao gồm
các ion oxy và các ion vanadi pentavalent. Ở Bước 1, một phân tử o-xylene
được hấp thụ trên bề mặt chất xúc tác. Trong Bước 2, một ion hydro được lấy ra
từ các hydrocarbon bởi một bề mặt ion oxy, và một electron từ các hydrocacbon

được chuyển giao cho một ion vanadi. Trong Bước 3, liên kết hóa trị được hình
thành giữa các nguyên tử cacbon có sẵn và các nhóm hydroxit và một electron
được chuyển từ các phân tử hữu cơ tới một ion vanadi. Trong bước thứ tư, các
phân tử hữu cơ (o-methyl benzyl rượu) được giải hấp từ bề mặt để lại một chỗ
trống trên bề mặt. Sau đó, một nguyên tử oxy từ một phân tử oxy trong pha khí
sẽ điền vào các chỗ trống và bị giảm đến hóa trị âm 2 trong khi V
+4
ion sẽ bị
oxy hóa thành V
+5.
. Ngoài ra, phản ứng sẽ tiến hành thông qua các ion oxy hấp
thụ trên bề mặt chất xúc tác chứ không phải là kết hợp trong mạng. Trong cả hai
trường hợp, electron phải được chuyển từ các nơi nhường electron trong các
chất xúc tác để các nguyên tử oxy tạo thành các ion oxy. Các hoạt động của chất
xúc tác vadino oxit cũng do thực tế một phần nó là chất bán dẫn tạo điều kiện
cho electron trong quá trình chuyển giao.
Cơ chế của quá trình oxy hóa của lưu huỳnh dioxit trên một chất xúc tác vanadi
oxit gồm ba giai đoạn đã được đề xuất bởi Glueck và Kenney:
Giai đoạn 1: V
2
O
5
.SO
3
+ SO
2
> (VOSO
4
)
2

Giai đoạn 2: (VOSO
4
)
2
> V
2
O
4
.SO
3
+ SO
3

Giai đoạn 3: V
2
O
4
.SO
3
+ ½O
2
> V
2
O
5
.SO
3

Trong các phương trình phản ứng trên, V2O5.SO3 đại diện cho vanadi pentôxít

trong sự tan chảy đã kết hợp với lưu huỳnh trioxit hình thành từ các phân hủy
của các anion pyrosulfate. Kết quả của hai bước đầu tiên là giảm vanadi từ
15
pentavalent tình xuống tetravalent. Điều này đã giải thích cho chúng ta về vai trò
của các sulfur dioxide trong việc duy trì V
+4
/V
+5
cân bằng của chất xúc tác.
3.1.11 Lò phản ứng hệ thống cân bằng nhiệt.
Quá trình oxy hóa o-xylene là một quá trình phản ứng hóa học tỏa nhiệt. Tiêu
chuẩn nhiệt của phản ứng cho chính các phản ứng chính và các phản ứng phụ
chính được tính toán trên cơ sở tất cả các hợp chất có liên quan đều ở trong
trạng thái hơi. Nhiệt được thải ra trong một lò phản ứng được ước tính là 17,1
MJ / KGA alhydrit phthalic hình thành.
Nhiệt độ của phản ứng được sử dụng để tạo ra hơi trong lò hơi thông qua bộ trao
đổi nhiệt. nhiệt được truyền cho chất tải nhiệt sau đó chất tải nhiệt mang nhiệt đi
cung cấp cho lò hơi. Đó chỉ là một phần nhiệt cung cấp tạo ra hơi nước đáp ứng
cho quá trình sản xuất. Phần nhiệt còn lại có thể sử dụng sản xuất ra điện.
3. 2 Qúa trình sản xuất anhydirt phthalic bằng phương pháp oxy hóa
naphthalene.
16
Hình 2. Sơ đồ công nghệ sản xuất anhydrit phthalic từ naphthalen
3.2.1 Các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình.
Phản ứng hóa học chính xảy ra như sau:
C
10
H
8
+ 9/2O

2
 C
6
H
4
(CO)
2
O + 2CO
2
+
2H
2
O
Các phản ứng phụ xảy ra như sau:
C
10
H
8
+ 6O
2
 2C
2
H
2
(CO)
2
O + 2CO
2
+ 2H
2

O
C
10
H
8
+ 3/2O
2
 C
10
H
6
O
2
+ H
2
O
3.2.2 Nguồn cung cấp nguyên liệu.
Nguyên liệu cho quá trình sản xuất anhydrit phthalic bằng phương pháp này
gồm có naphthalen và không khí. Hai nguồn cung cấp napthalen chủ yếu cho
quá trình sản xuất là từ mỏ dầu và desulfua nhựa than đá.
Chất xúc tác ngày nay có khả năng xử lý nguyên liệu naphthalene có hàm lượng
lưu huỳnh cao nhất là 1%. Tuy nhiên, lưu huỳnh trong naphthalene nhựa than đá
là chủ yếu ở dạng thionaphthene, được chuyển thành maleic anhydrit và oxit lưu
huỳnh thay vì anhydride. Các kết quả năng suất của alhydrit phthalic giảm (1%
lưu huỳnh là tương đương với 4,2% thionaphthene) rõ ràng là lý do chính cho
việc sử dụng naphthalene desulfurized.
Các sản phẩm phản ứng của tetralin (1,2,3, 4-tetrahydro-naphthalene) có mặt
trong naphthalene nhựa than đá không được biết đến. Tuy nhiên, Các sản phẩm
rất có thể là anhydride maleic, oxit cacbon và nước. Trong quá trình này, không
khí được lọc rồi nén và đun nóng đến 149 ° C. Không khí nóng sau đó đi vào

đáy lò phản ứng và đi qua một đĩa phân phối không khí trước khi vào chất xúc
tác lớp tầng sôi. Chất lỏng naphthalene , được lưu trữ ở 90 ° C đến 102 ° C,
được bơm từ bể chứa và phun trực tiếp vào ở tầng sôi trên đĩa phân phố không
17
khí . Các naphthalene này ngay lập tức bị bốc hơi và phân tán khắp các lớp khi
nhiệt độ cao dưới sự có mặt của lớp chất xúc tác nó phản ứng ngay với không
khí.
3.2.3 Lò phản ứng
Trong lò phản ứng, tỷ lệ giữa không khí và nguyên liệu naphthalen ( theo
khối lượng) là 10:1 đến 12:1. Tỷ lệ không khí với naphthalene thấp có thể được
thực hiện bởi tác động trơ của các hạt chất xúc tác tốt trong các lò phản ứng ở
tầng sôi. Trong lớp chất lỏng, nhiệt độ được duy trì đồng đều (mức ± 5 ° C)
trong khoảng từ 340 ° C đến 380 ° C. Áp lực lò phản ứng được thiết lập bởi áp
lực tác động ngược trở lại của thiết bị hạ lưu.
Lớp chất xúc tác được chứa trên các tấm, dưới các tấm có các lỗ nhỏ để có thể
thổi không khí vào tầng sôi của lò phản ứng qua các lỗ đó. Nguyên liệu
napthalen được đưa vào lớp chất lỏng nhờ các vòi phun. Trên lớp chất lỏng cần
có khoảng không gian phù hợp, vừa đủ để các chất xúc tác giải quyết các chất
khí trước khi nó đi ra khỏi lò phản ứng. tỷ lệ giữa chiều cao lớp chất lỏng trong
lò phản ứng với đường kính của nó là 3:1. Thời gian cho một quá trình phản ứng
là từ 10 giây đến 20 giây.
Các phản ứng trong lò phản ứng đều là những phản ứng tỏa nhiệt nên nhiệt độ
của thiết bị tăng rất cao. Chính vì vậy, để bảo vệ các thiết bị của lò phản ứng ta
cần có một chế độ làm mát. Thông thường người ta dùng chất tải nhiệt là nước
cho đi bên ngoài lò phản ứng( vỏ thiết bị).
Hiệu suất chuyển đổi trong lò phản ứng là 100%, với mỗi kilogram nguyên liệu
naphthalen sẽ cho ta 0,97 kilogram anhydrit phthalic
3.2.4 Bộ lọc chất xúc tác
Khí thải đi ra khỏi lò phản ứng rồi được làm lạnh tới -260
o

C trước khi nó vào
bộ lọc chất xúc tác để tránh các phản ứng phụ xảy ra trên các bộ lọc. Các hạt xúc
tác được cuốn, tách ra khỏi dòng khí nhờ thiết kế đặc biệt của lớp lọc có thành
18
phần chủ yếu là gốm. khí này định kì được thổi vào các bộ lọc, các hạt chất xúc
tác sau khi được tách ra sẽ được trả lại vào trong lò phản ứng. trong một số quy
trình thì bộ lọc bằng sợi thủy tinh cũng được sử dụng.
3.2.5 Thiết bị ngưng tụ
Do tỷ lệ không khí với naphthalen trong tầng sôi của lò phản ứng thấp, sản phẩm
là anhydrit phthalic thô thu được tồn tại ở cả hai dạng là rắn và lỏng. Với 40%
anhydirt phthalic thu được ở dạng lỏng trong các bình ngưng tụ, 60% anhydrit
phthalic cfon lại ở dạng rắn được trong các bình ngưng chuyển đổi.Dòng khí
cuối rời khỏi thiết bị chuyển đổi ngưng tụ ở khoảng 66
o
C sau đó nó được
chuyển đến thiết bị làm sạch bằng nước hoặc đưa đến lò đốt để loại bỏ. Người ta
sử dụng không khí làm mát thiết bị ngưng tụ bằng cách thổi dòng không khí với
tốc độ thấp trực tiếp vào thiết bị, nó khác cách làm mát lò phản ứng bằng nước.
Sản phẩm thô được lưu trữ dưới dạng chất lỏng ở 149 ° C và áp suất khí quyển.
3.2.6 Qúa trình làm sạch sản phẩm
Anhydrit phthalic thô được lưu trữ ở bể chứa sản phẩm thô sẽ được lấy ra và cho
đi qua tháp trao đổi nhiệt và sau đó sẽ cho đi qua tiếp bể tiền xử lý. Để bổ sung
và để thúc đẩy quá trình tiền xử lý người ta sử dụng thêm một số hóa chất khác.
Hóa chất xử lý bao gồm các anhydride maleic và natri hydroxit. Trong quá trình
Badger-Sherwin-Williams sản phẩm anhydrit phthalic cuối cùng thu được ở các
cột chưng cất hoạt động ở áp suất tuyệt đối là 2.66 kPa. Sản phẩm cuối được đưa
đến các lò đốt để loại bỏ.
Các anhydrit phthalic tinh chế (99,7% tối thiểu) có thể được bơm vào xe bồn để
vận chuyển ở dạng lỏng, hoặc nó có thể được đóng thành bao nếu nó ở dạng rắn
3.2.7. Thiết bị làm sạch

Các đặc tính của khí thải từ thiết bị chuyển đổi ngưng tụ đã gây ra một số khó
khăn trên thiết kế của một thiết bị làm sạch cho các nhà máy sản xuất alhydrit
phthalic như:
19
Việc loại bỏ hiệu quả của các aldehyd và maleic anhydride đòi hỏi nhiều giai
đoạn chứ không phải là một giai đoạn.
Chất lỏng chảy ra từ những thiết bị làm sạch phải được đốt để tránh một vấn đề
ô nhiễm nguồn nước, cần có một hệ thống xử lí chất thải để giảm thiểu khối
lượng của dòng nước thải.
Các hợp chất hữu cơ có trong thiết bị ngưng tụ khí có tính ăn mòn cao, do đó đòi
hỏi việc sử dụng các vật liệu chống ăn mòn.
Thiết bị làm sạch hoạt động ở nhiệt độ từ 35
o
C đến 40
o
C với hiệu quả làm sạch
các chất hữu cơ từ 98% đến 99%. Hiệu quả làm sạch cao là trong điều kiện hoạt
động của thiết bị các hợp chất hữu cơ chỉ tồn tại ở trạng thái rắn. Vật liệu chế
tạo thiết bị là thép không gỉ.
Khí thải của thiết bị ngưng tụ đi vào thiết bị làm sạch với nhiệt độ khoảng 66
o
C.
Dung dịch làm sạch được sử dụng trong việc làm sạch ở giai đoạn thứ nhất và
giai đoạn thứ hai, nó tồn tại ở dạng bùn và nó chứa từ 10% đến 12% (tính theo
khối lượng) các hợp chất hữu cơ rắn. Một phần được tái chế để tách các hợp
chất có ích và phần còn lại đem đi đốt ở lò đốt.
Trong giai đoạn thứ hai, khí thải được làm sạch ( khí chứa chủ yếu là axit maleic
chiếm tỷ lệ từ 0,5% đến 3% theo khối lượng) bằng cách pha loãng. Dòng nước
được thêm vào sao với tốc độ sao cho lượng nước thêm vào bằng lượng nước
thải ra từ những thiết bị làm sạch. Dòng khí sau đó đi qua lớp màn sương để khử

trước khi thải ra môi trường ở nhiệt độ 38
o
C.
3.2.8 Lò đốt
Lò đốt – là nơi đốt các chất thải ra trong quá trình sản xuất của nhà máy. Có hai
loại lò đốt đó là lò đốt sử dụng ngọn lửa trực tiếp( nhiệt điện) và lò đốt có chất
xúc tác là nhiệt tự động, nó hoạt động ở nhiệt độ từ 427
o
C đến 482
o
C. Chất xúc
tác được sử dụng là platin, họ platin hoặc hỗn hợp Al-Pt. Lò đốt nhiệt hoạt động
20
ở nhiệt độ 700° C đến 982 ° C và tiêu thụ nhiên liệu tương đương với 279 kJ
mỗi kg alhydrit phthalic sản xuất được. Nhiệm vụ của lò đốt nhiệt chủ yếu là
đốt các chất thải từ các thiết bị làm sạch. Dòng chất lỏng từ thiết bị làm sạch đưa
đến lò đốt và được đưa vào lò đốt bằng cách phun dưới dạng hơi hoặc dạng khí,
cùng với đó là khí đốt cũng được đưa vào( khí đốt có thể là metan) với 25% thể
tích để dùy trì nhiệt độ trong lò đốt khoảng từ 760° C đến 870° C. Nhiệt của
quá trình cháy được thu hồi bằng cách đưa các cuộn dây vào trong lò rồi truyền
cho thiết bị cung cấp hơi nước. Hiệu suất của quá trình chuyển hóa trong lò đốt
rẩ cao và đạt 99,9%
3.2.9 Bể chứa
Bể chứa napthalen được duy trì nhiệt độ từ 85° C đến 100° C, áp suất được duy
trì 1,33 kpa đến 2,67 kpa. Bể chứa được thiết kế có các lỗ thông hơi để kiểm
soát khí thải từ napthalen. Bể chứa sản phẩm anhydrit phthalic thô và anhydrit
phthalic tinh có điều kiện giống với quá trình sản xuất anhydrit phthalic từ o-
xylen.
3.2.10 quá trình truyền nhiệt
Quá trình sử dụng hai hệ thống truyền nhiệt bằng chất lỏng hữu cơ. Một là hệ

thống làm nóng và hệ thống làm lạnh thiết bị ngưng tụ. Hai là hệ thống làm sạch
sản phẩm( quá trình tinh chế). Đối với các lò phản ứng thì do nhiệt tỏa ra từ các
phản ứng là rất lớn nên nhiệt độ lò phản ứng rất cao vì vậy để tránh hỏng hóc lò
ta phải có quá trình làm mát. ở đây người ta sử dụng nước để làm mát, tức là
người ta cho dòng nước đi bên ngoài vỏ lò phản ứng một cách liên tục, từ đó
nhiệt độ lò phản ứng được kiểm soát.
3.2.11 Chất xúc tác
Chất xúc tác chính và được sử dụng chủ yếu là vadini oxit bên cạnh đó quá trình
cũng sử dụng chất.
21
Xúc tác sicagen trong quá trình oxy hóa trực tiếp naphthalen trong điều kiện có
không khí để thu được anhydirt phthalic trong các lò phản ứng. Cơ chế của chất
xúc tác tương tự trong quá trình sản xuất anhydrit phthalic từ o-xy len. Người ta
sử dụng 0,6g chất xúc tác đối với 1 kg sản phẩm anhydrit phthalic, để làm chậm
tốc độ phản ứng và ngăn ngừa các phản ứng oxy hóa naphthalen thành những
sản phẩm không mong muốn thì người ta sử dụng K
2
SO
4
.
• Công nghệ sản xuất anhydrit phtalic từ Naphtalen của hãng Figure :
22
Mô tả hoạt động:
Napthalene để tạo thành Pthalic anhydride ( lò phản ứng )
• Napthalene và không khí được phép vào các tầng sôi . Napthalene ở dạng
nóng chảy được phun vào các tầng sôi của chất xúc tác trong không khí.
• Nhiệt độ hoạt động là khoảng 600 ° C trong trường hợp này .
• Cuối cùng, hơi + bụi chất xúc tác nhập một đơn vị lốc xoáy để tách các hạt
chất xúc tác và hơi từ các thiết bị phân tách.
•Lò phản ứng tầng sôi được bổ sung với các ống làm mát trong đó dung dịch

muối được lưu thông để cuối cùng có được hơi nước từ lò hơi thu hồi nhiệt
thải.
• Các lò phản ứng không tạo ra lượng lớn axit maleic.
Phương pháp phổ biến nhất cho sản xuất của alhydrit phthalic là bởi quá trình
oxy hóa của o- xylene do tiết kiệm được giá thành cũng như chi phí sản suất.
Alhydrit phthalic được sử dụng trong sản xuất chất dẻo ( phụ gia cho
polymer để cung cấp cho họ linh hoạt hơn ) và các polyeste , trong số những
ứng dụng khác.

23
CHƯƠNG IV
CÔNG NGHÊ SẢN XUẤT ANHYDRIT PHTHALIC TỪ O-XYLEN
4. Nguyên liệu.
4.1 o-xylen
Ortho-xylen được sử dụng chủ yếu trong sản xuất alhydrit phthalic. Trong hỗn
hợp của xylen thì o-xylen có hàm lượng rất lớn( Khoảng 95%), 5% còn lại là m-
xylen và p-xylen. Trong hỗn hợp xylen thì o-xylen được tách ra bằng phương
pháp chưng cất. Trong giai đoạn đầu tiên của chưng cất là người ta thu hồi m-
xylen, p-xylen và ethylbenzene để lại một hỗn hợp của o-xylene, C9, và các chất
thơm cao hơn. Giai đoạn tiếp theo cũng bằng phương pháp chưng cất người ta
tách hỗn hợp còn lại thành từng chất riêng biệt, o-xylen được đem đi làm
nguyên liệu sản xuất anhydrit phthalic còn các hợp chất thơm, C9 được dùng
làm dung môi pha trộn trong xăng hoặc làm nguyên liệu cho quá trình khác…
bằng phương pháp chưng cất ta có thể thu được o-xylen có độ sạch đạt 97,5%,
1% là của C9 và các sản phẩm nặng, 1,5% còn lại là của hỗn hợp m-xylen và p-
xylen.
4.2 oxi
Oxi là chất khí không màu, không mùi ,không vị, năng hơn không khí một ít (1
lít oxi nặng 1,43g)và tan trong nước (ở 20
0

C,một lít nước chỉ hòa tan 31ml oxi)
nhưng tan nhiều trong dung môi hữu cơ. Độ tan của oxi trong nước giảm xuống
khi tăng nhiệt độ. Vì ít tan trong nước nên có thể thu khí oxi băng cát cho lội
qua nước. Khí oxi có thể tan trong một số kim loại nóng chảy và dộ tan của oxi
trong kim loại nóng chảy cũng giảm xuống khi nhiệt độ tăng lên.

24
Bảng tóm tắt tính chất vật lý của oxi
Tên Hằng số
Khối lượng nguyên tử
Khối lượng phân tử
Thể tích rêng (1,1
O
C,101,3Kpa)
15,9994
31,9988
0,754m3/kg
Về hóa tính thì oxy là một chất oxy hóa mạnh, nó Oxi hóa được với hầu hết các
nguyên tố trừ halogen, khí hiếm,vàng và phi kim họ platin.
Tác dụng với kim loại tạo ra oxit kim loại (trừ vàng và bạch kim):
2Ca + O
2
 2CaO
4Al + 3O2  2 Al
2
O
3
Tác dụng với phi kim: Oxi tác dụng với photpho ở 60OC,với lưu huỳnh ở
250
O

C,với hidro ở 300
O
C với cacbon (than) ở 700÷800
O
C
S + O
2
 SO
2

4P + 5O
2
 P
2
O
5

2H
2
+ O
2
 2H
2
O
C + O
2
 CO
2
N
2

+ O
2
 2 NO
Tác dụng với hợp chất :
25