Đồ Án Thiết Kế Phân Xưởng Sản Xuất Phenol Công Suất 78000 tấn/Năm
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (657.71 KB, 93 trang )
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế phân xởng sản xuất phenol
Mục lục
Trang
Lời cảm ơn.......................................................................................................................5
mở đầu...............................................................................................................................6
Phần I : Tổng quan lý thuyết..............................................................................8
Chơng I. Tính chất của nguyên liệu và sản phẩm:...................................8
I. Tính chất của nguyên liệu:.......................................................................8
I.1. Tính chất của SO2:............................................................................8
I.1.1. Tính chất Vật Lý:.......................................................................8
I.1.2. Tính chất hoá học:......................................................................8
I.2. Tính chất của H2SO4:.......................................................................8
I.2.1. Tính chất Vật Lý:.......................................................................8
I.2.2. Tính chất hoá học:......................................................................9
I.3. Tính chất của NaOH:........................................................................9
I.3.1. Tính chất Vật Lý:.......................................................................9
I.3.2. Tính chất hoá học:....................................................................10
I.4. Tính chất của bezen:........................................................................10
I.4.1. Tính chất vật lý:........................................................................10
I.4.2. Tính chất hoá học:....................................................................11
II. Tính chất của sản phẩm:.......................................................................12
II.1. Tính chất Phenol:...........................................................................12
II.1.1. Tính chất vật lý:......................................................................12
II.1.2. Tính chất hoá học:...................................................................12
II.1.2.1. Tính axit của phenol:...........................................................13
II.2. ứng dụng của Phenol:.....................................................................16
III. Tính chất của Na2SO3:........................................................................17
III.1. Tính chất vật lý:............................................................................17
Chơng II: các phơng pháp sản xuất phenol............................................18
Ngô Thị Nghĩa
1
Lớp 02V 01 Hóa Dầu
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế phân xởng sản xuất phenol
I. Sản xuất Phenol bằng phơng pháp clo hoá benzen:..............................18
I.1. Thuỷ phân clo hoá Benzen bằng Kiềm:..........................................18
I.1.1. Cơ sở của phơng pháp:.............................................................18
I.1.2. Sơ đồ dây chuyền công nghệ:..................................................19
21
I.2. Thủy phân clo benzen bằng nớc:....................................................22
I.2.1. Cơ sở của phơng pháp:.............................................................22
Các phản ứng của quá trình...................................................................22
II. Sản xuất Phenol bằng phơng pháp oxi hoá Cumen:.............................23
II.1. Cơ sở của phơng pháp:...................................................................23
II.2. Dây chuyền sản xuất:.....................................................................24
II.2.1. Sơ đồ dây chuyền công nghệ:.................................................24
II.2.2. Thuyết minh dây chuyền sản xuất :.......................................26
III. Sản xuất Phenol bằng phơng pháp oxy hoá toluen:............................27
III.1. Cơ sở của phơng pháp:.................................................................27
III.2. Sơ đồ quy trình sản xuất:..............................................................29
III.2.1. Sơ đồ công nghệ sản xuất :........................................................29
III.2.2.Thuyết minh dây chuyền sản xuất :.......................................31
IV. Sản xuất Phenol bằng phơng pháp Dehidro hoá hỗn hợp
CyCloHecxanol CyCloHecxanone:................................................31
V. Phơng pháp sản xuất Phenol qua Benzen Sulfoaxit:............................32
V.1. Cơ sở của phơng pháp:...................................................................32
V.1.1. Phản ứng sulfo hoá:...............................................................32
V.1.2. Giai đoạn nung chảy: .............................................................37
V.2. Giai đoạn axit hoá (phân hủy Phenolat):......................................41
VI. Thuyết minh dây chuyền sản xuất Phenol:.........................................41
VI.1. Sơ đồ dây chuyền sản xuất phenol bằng phơng pháp nung chảy
kiềm:.............................................................................................41
Ngô Thị Nghĩa
2
Lớp 02V 01 Hóa Dầu
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế phân xởng sản xuất phenol
VI.2. Thuyết minh dây chuyền:............................................................43
Phần II: Tính toán.....................................................................................................45
I. Các số liệu đầu vào của qúa trình sản xuất:.......................................45
II. Tính cân bằng vật chất:.........................................................................46
II.1. Tính cân bằng vật chất cho qúa trình sulfo hóa:...........................46
II.2. Tính cân bằng cho qúa trình trung hoà:........................................50
*. Các phản ứng xảy ra trong qúa trình trung hòa là:...........................50
II.3. Tính cân bằng cho qúa trình nung chảy kiềm:..............................52
II.4. Qúa trình dập tắt:...........................................................................56
II.5. Qúa trình lọc:.................................................................................57
II.6. Tính toán cân bằng cho qúa trình axit hóa:...................................57
Theo phản ứng (17) ta có: ....................................................................58
Lợng SO2 cần có là:
(kg/h)
..............................59
II.7. Qúa trình lắng:...............................................................................60
II.8. Qúa trình chng cất:.........................................................................60
III. Tính cân bằng nhiệt lợng trong các qúa trình sản xuất:...................61
III.1. Cân bằng nhiệt lợng của qúa trình sunpho hóa:..........................61
III.2. Tính cân bằng nhiệt lợng cho qúa trình nóng chảy kiềm:...........68
III.3. Nhiệt lợng do phản ứng tỏa ra:....................................................73
IV. Tính toán thiết bị chính:.....................................................................75
IV.1.Tính chiều cao và đờng kính thiết bị chính:.................................75
IV.2. Tính toán cơ khí của thiết bị chính:.............................................76
IV.2.1. Tính chiều dày thân tháp:......................................................76
IV.2.2. Tính đờng kính ống dẫn sản phẩm và nguyên liệu:.............78
IV.2.3. Chọn bích nối thiết bị:...........................................................79
IV.2.4. Cấu tạo của chóp và ống chảy chuyền:................................79
Phần iii: Tính toán kinh tế..................................................................................84
I. Vốn đầu t cho phân xởng:......................................................................84
Ngô Thị Nghĩa
3
Lớp 02V 01 Hóa Dầu
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế phân xởng sản xuất phenol
I.1. Vốn đầu t cố định:...........................................................................84
II.2. Vốn đầu t lu động:.........................................................................84
I.3. Vốn đầu t ban đầu:..........................................................................85
II. Hoạch toán chi phí khác:.....................................................................85
III. Chi phí chung cho phân xởng:.............................................................86
IV. Giá thành và lợi nhuận:.......................................................................86
IV.1. Xác định giá bán:.........................................................................86
IV.2. Lợi nhuận. ...................................................................................87
V. Xác định hiệu quả kinh tế và thời gian thu hồi vốn:............................89
Phần IV: An toàn lao dộng..................................................................................90
Kết luận.........................................................................................................................92
Tài liệu tham khảo.................................................................................................93
Ngô Thị Nghĩa
4
Lớp 02V 01 Hóa Dầu
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế phân xởng sản xuất phenol
Lời cảm ơn
Em xin chân thành cảm ơn TS. Hoàng Xuân Tiến ngời đã tận tình hớng
dẫn giúp đỡ ân cần và tận tình chỉ bảo của thầy đã giúp em hiểu đợc những
vấn đề cần thiết và hoàn thành bản đồ án này đúng thời gian qui định.
Tuy nhiên với khối lợng công việc lớn, hoàn thành trong thời gian có
hạn nên em không thể tránh khỏi những sai sót và vớng mắc nhất định. Vậy
em kính mong các thầy giáo, cô giáo chỉ bảo cho em.
Một lần nữa cho em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy giáo cô
giáo trong bộ môn Công nghệ Hữu cơ - Hoá Dầu đã tạo điều kiện giúp đỡ em
trong thời gian vừa qua.
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên
Ngô Thị Nghĩa
Ngô Thị Nghĩa
5
Lớp 02V 01 Hóa Dầu
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế phân xởng sản xuất phenol
mở đầu
Phenol hay còn gọi là axít Cacbonxylic hay đợc gọi là hydroxy benzen. Có
công thức hoá học là C6H5OH. Phenol đợc phát hiện vào năm 1834 bởi
F.RUNGE. Nó là chất ban đầu trong dãy đồng đẳng của các hợp chất có nhóm
hydroxyl (OH) liên kết trực tiếp vào vòng thơm. Phenol tồn tại nh một cấu tử
tự do hoặc là một phần của sản phẩm tự nhiên và vô cơ.
Ví dụ nh: Nó là thành phần của Lignin và từ đó nó có thể thoát ra từ quá
trình thuỷ phân. Phenol giống sản phẩm trao đổi chất và thoát ra một lợng
thông thờng 40g/l của một ngời. Với một lợng lớn hơn trong quá trình cốc hoá
than đá, hoặc là quá trình cacbon hoá gỗ than nâu, than biến tính Cao và trong
quá trình Crăcking dầu mỏ ở nhiệt độ thấp.
Ban đầu Phenol đợc chiết từ nhựa than đá. Và chỉ sau đó do sự tiêu thụ
tăng cao để đáp ứng nhu cầu ngời ta đã tiến hành quá trình tổng hợp để tạo ra
Phenol. Phơng pháp tổng hợp đầu tiên đó là quá trình sunfua hoá Benzen và
clo hoá Benzen Ngày nay những quá trình này gần nh đợc thay thế bằng
những quá trình hiện đại hơn, chủ yếu là quá trình oxy hoá cumen. Trong
công nghiệp hoá dầu
Phenol đợc coi là nguyên liệu hết sức quan trọng cho rất nhiều quá trình
trung gian cũng nh tạo sản phẩm cuối cùng trong công nghiệp hoá dầu. Ngoài
ra nó còn đợc ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
Trong công nghiệp chất dẻo Phenol là nguyên liệu dùng để điều chế ra
nhựa Phenol_ formandehit. Điều chế polystyren dùng làm nguyên liệu cách
điện và các sản phẩm tiêu dùng khác:
C6H5OH
CH2 = CH
[ CH2 - CH -]n
C6H5
C6H5
Trong công nghiệp tơ hóa học, từ Phenol tổng hợp tơ Phenol axit, tơ
nylon, Capron,... Trong công nghiệp: Điều chế ra chất diệt cỏ.
Ngô Thị Nghĩa
6
Lớp 02V 01 Hóa Dầu
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế phân xởng sản xuất phenol
Ngoài ra, Phenol còn nguyên liệu để sản xuất phẩm nhuộm, thuốc nổ.
Do có tính chất diệt khuẩn, nên Phenol đợc dùng trực tiếp nh chất sát trùng,
tẩy uế. Điều chế chất diệt mốc, chất hoạt động bề mặt.
Do đó từ lâu trên thế giới việc nghiên cứu để sản xuất có chất lợng cao,
giá thành hạ đã đợc nhiều nớc quan tâm. ở Việt Nam công nghiệp sản xuất
Phenol cha phát triển, nguồn cung cấp Phenol chủ yếu từ chng cất than đá, nhng không thỏa mãn nhu cầu trong nớc phần lớn lợng Phenol phải nhập từ nớc
ngoài. Vì vậy vấn đề nghiên cứu các phơng pháp sản xuất Phenol có một ý
nghĩa hết sức quan trọng về cả kinh tế lẫn vấn đề kỹ thuật.
Ngô Thị Nghĩa
7
Lớp 02V 01 Hóa Dầu
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế phân xởng sản xuất phenol
Phần I : Tổng quan lý thuyết
Chơng I. Tính chất của nguyên liệu và sản phẩm:
I. Tính chất của nguyên liệu:
I.1. Tính chất của SO2:
I.1.1. Tính chất Vật Lý:
Là chất khí không màu, có mùi khó chịu đặc biệt, có tính chất tẩy mầu
mạnh, ở điều kiện tiêu chuẩn 1 lít nặng 2,9266 g, tỷ trọng 2,2638 (Đối với
không khí). SO2 dễ tan trong nớc và tạo thành axit H2SO3, tan đợc trong rợu,
ete, tan trong long não với tỷ lệ 300 : 1 theo thể tích (tạo thành dung dịch
lỏng) không cháy và không duy trì sự cháy.
I.1.2. Tính chất hoá học:
SO2 là oxit axít, tính chất hoá học chủ yếu của nó là khử mạnh và oxi
hoá yếu. Khi tan trong nớc thì SO2 phản ứng với nớc theo sơ đồ sau:
SO2(k) + aq SO2.aq H2SO3 H+ + HSO3- 2H+ + SO3Axit Sunfrơ H2SO3 và Sunfit SO3- tạo thành muối kết tinh tốt
2 SO2(k) + H2O + Na2O3
NaHSO3
+ NaOH
2NaHSO3
+ CO2
Na2O3 + H2O
I.2. Tính chất của H2SO4:
I.2.1. Tính chất Vật Lý:
H2SO4 là chất lỏng sánh nh dầu, không màu tỷ trọng riêng 1,859 ở 0 oC
và d= 1,37 g/cm3 ở 15oC. Các phần tử liên kết với nhau bằng liên kết hiđrô, khi
làm sạch sẽ hoá rắn thành những tinh thể nóng chảy ở 10,49oC
Ngô Thị Nghĩa
8
Lớp 02V 01 Hóa Dầu
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế phân xởng sản xuất phenol
Tuy nhiên axit lỏng có thể chậm đông ở dới 0oC. Ơ 30oC đến 40oC bắt
đầu bốc khói và khi đun tiếp sẽ tạo ra hơi SO3 bắt đầu soi ở 290oC. Và nhiệt độ
sẽ nâng nhanh cho tới khi ngừng giải phóng SO 3. Hydrat còn lại chứa 98,3 %
H2SO4 và sôi ở 338oC.
H2SO4 cả thảy là 0,003 mmHg. H 2SO4 Thơng mại(oleum) là hỗn hợp
chứa những lợng thay đổi H2SO4 và H2S2O7.
I.2.2. Tính chất hoá học:
H2SO4 có những tính chất hoá học chủ yếu sau: Là một axit mạnh, oxi
hoá, Sunfathoa, hiđrat hóa.
Trong dung dich nớc H2SO4 là axit mạnh ở nấc đầu tiên, nấc thứ 2 nó
điện ly yếu hơn:
H2SO4
H+ + HSO4-
HSO4-
H+ + SO4-
Axit H2SO4 nồng độ lớn hơn 65%, nguội không tác dụng với sắt.
Với một số phi kim nh P, S, C bị H2SO4 oxi hoá hoặc axit tơng ứng.
2 H2SO4 + S
3SO2 + H2O
Tính chất Sunfua hoá hợp chất hữu cơ vòng thơm của H 2SO4 thể hiện ở
phản ứng
ArH + H2SO4
ArSO3H + H3O+ + HSO4
Do đó khi làm việc với H2SO4 đặc cần phải cẩn thân, nếu bị dây vào da thì
phải rửa ngay bằng một lợng nớc lớn.
I.3. Tính chất của NaOH:
I.3.1. Tính chất Vật Lý:
Là khối tinh thẻ không màu,trọng lợng riêng bằng 2,02. Hấp thụ nhanh
CO2 và H2O của không khí chảy rữa và biến thành Na2CO3 có Tc = 327,3 + 0,9
, Ts 1388oC, dễ tan trong nớc, tan nhiều trong Rợu và không tan trong ete khi
Ngô Thị Nghĩa
9
Lớp 02V 01 Hóa Dầu
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế phân xởng sản xuất phenol
hạ nhiệt độ các dung dịch nớc đậm đặc xuống 8oC thì các tinh thể hyđrat
NaOH.0,5H2O, hệ đơn tà sẽ tách ra.
áp suất hơi nớc trên NaOH ngần bằng 0,16 mmHg, chứng tỏ nó là hàm
khô tốt khi cho không khí ẩm chạy qua ống chứa NaOH.
I.3.2. Tính chất hoá học:
NaOH có tính bazơ mạnh, nó dễ dàng phản ứng với axit tạo muối:
2 NaOH + H2SO4
Na2SO4 + H2O
Các kim loại lỡng tính nh Zn, Al, Sn tác dụng với NaOH tại nhiệt độ phòng:
NaOH + Al + H2O
NaAlO3 + 3/2 H2
Trong môi trờng ẩm ớt, NaOH dễ phản ứng với CO2
2NaOH + CO2
Na2CO3 + H2O
NaOH + CO2
NaHCO3
I.4. Tính chất của bezen:
I.4.1. Tính chất vật lý:
Benzen là hợp chất vòng thơm có công thức phân tử C6H6, là chất lỏng
không màu, có mùi dặc trng, nhẹ hơn nớc. Không tan trong nớc, tan trong
nhiều dung môi hữu cơ. Đồng thời nó cũng là dung môi cho nhiều chất,
Benzen đợc đặc trng bởi các thông số sau.
Tnc = 5,533oC, Ts = 80,099oC
Khối lợng riêng = 0,309 g/cm3
Tỷ trọng d= 0,87901
Năng suất toả nhiệt toàn phần: 41932 j/g
Ngô Thị Nghĩa
10
Lớp 02V 01 Hóa Dầu
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế phân xởng sản xuất phenol
I.4.2. Tính chất hoá học:
Benzen là 1 vòng 6 cạnh đều và phẳng. Theo quan điểm hiện tại mỗi
nguyên tử các bon trong vòng Benzen sử dụng 3 obitan để tạo nên liên kết .
Còn ocbitan thứ t là obitan P có trục đối xứng thẳng góc với mạt phẳng phân
tử, nó xen phủ với các ocbitan của 2 nguyên tử cacbon bên cạnh hình thành
liên kết ở khắp vòng.
Do cấu tạo đặc biệt nh vậy, Benzen là một hợp chất vòng bền vững tơng
đối dễ tham gia phản ứng thế, khó tham gia phản ứng cộng với phản ứng oxi
hóa.
I.4.2.1. Phản ứng thế:
Benzen không phản ứng với dung dịch Brôm nhng dễ dàng tham gia
phản ứng với Brôm khan khi có mặt xúc tác Fe:
C6H6 + Br2
C6H5Br
+ HBr
Phản ứng nitro hoá với xúc tác là H2SO4 đặc.
C6H6 + NH3
C6H5NO2 + H2O
Trong điều kiện axit đặc và đun nóng ta có thể thực hiện phản ứng thế
tiếp thành 1,3 dinitro Benzen
I.4.2.2. Phản ứng cộng:
Cộng hydro: đun nóng Benzen với hydro cùng sự có mặt của xúc tác Ni hoặc
Pt ta đợc Xyclo Hecxan
C6H6 + 3H2
C6H12
I.4.2.3. Phản ứng đốt cháy :
C6H6 + 15/2 O2
Ngô Thị Nghĩa
6CO2 + H2O
11
Lớp 02V 01 Hóa Dầu
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế phân xởng sản xuất phenol
II. Tính chất của sản phẩm:
II.1. Tính chất Phenol:
II.1.1. Tính chất vật lý:
Phenol là chất rắn, kết tinh dạng lăng trụ không màu, có mùi cay nhẹ,
để lâu trong không khí sẽ bị hút ẩm, chảy rửa và bị oxi hoá một phần nên có
màu vàng nhẹ, Phenol độc có thể làm bỏng da. Tnc = 40,9oC trong trạng thái
nóng chảy Phenol là một chất lỏng sánh không màu và linh động. ở nhiệt độ
thờng nó ít tan trong nớc. Phenol có thể tan trong dung dịch kiềm, tan hầu hết
trong các dung môi hữu cơ nh: Hydrocacbonthom, Rợu, Axit, Xeton
Điểm sôi và điểm đóng rắn của Phenol thấp hơn rất nhiều nếu bị lẫn nớc, hỗn hợp Phenol và khỏang 10% khối lợng nớc sẽ ở trạng thái lỏng ở nhiệt
độ phòng , vì thế nó đợc gọi là Phenol hoá lỏng.
Bảng 1 : Một số tính chất vật lý của Phenol:
Nhiệt độ nóng chảy
Nhiệt độ sôi ở 101.3kpa
Khối lợng phân tử
áp suất hơi ở 200C
Nhiệt hoá hơi ở 1820C
Nhiệt nóng chảy ở 41oC
Nhiệt tạo thành ở 200C
Nhiệt cháy
Điểm chớp cháy
Nhiệt độ tự bốc cháy
Nhiệt dung riêng ở 00C
Nhiệt dung riêng ở 200C
40.90C
181.750C
94
0.02kpa
511 kj/kg
120.6 kj/kg
-160 kj/ kg
-32590 kj/kg
810C
7150C
1256 kj/kg.k
1394kj/kg.k
II.1.2. Tính chất hoá học:
Ngô Thị Nghĩa
12
Lớp 02V 01 Hóa Dầu
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế phân xởng sản xuất phenol
Trong phân tử Phenol có sự liên kết (p-) có điện tử tự do (p) của
nguyên tử oxy với các electron của vòng benzen làm cho liên kết O-H phân
cực hơn so với OH trong alcon, đây là nguyên nhân gây nên tính axít. Do
hiệu ứng liên hợp mà mật độ electron trong nhân tăng lên làm cho phenol có
phản ứng thế electropyl cao hơn benzen phenol có hai trung tâm phản ứng là
nhân thơm và nhóm Hydroxyl
II.1.2.1. Tính axit của phenol:
Phenol là axit yếu tính axit do liên kết O-H phân cực. Hằng số kA= 1010.
Phenol có thể bị trung hoà bởi kiềm mạnh.
C6H5OH + NaOH
C6H5OH + Na
C6H5ONa + H2O
C6H5ONa
+ 1/2 H2
Phenol kết hợp với io Fe3+ tạo thành hợp chất có màu. Đây là một trong những
phản ứng nhận biết Phenol
C6H5OH + Fe3+
[C6H5-OFe]2 + H+
II.1.2.2. Phản ứng tạo este:
C6H5OH + NaOH
C6H5Na + RX
C6H5ONa + H2O
C6H5OR + NaX
Phản ứng tạo ete hoàn toàn thơm Ar-O-Ar rất kh thực hiện vì liên kết C-OH ở
Phenol bền hơn rợu. Do đó phản ứng cần có điều kiện khắc nghiêt: Nhiệt độ
cao và xúc tác.
2C6H5OH
th, 400oc
C6H5-OC6H5 + H2O
II.1.2.3. Axyl hoá nhóm OH tạo este:
Phản ứng este hoá Phenol rất khó thực hiện với RCOOH. Phản ứng cần
dùng tác nhân Axyl hoá mạnh hơn nh RCOCl, RCOOR.
C6H5OH + HO-C-CH3
Ngô Thị Nghĩa
C6H5- O - + HO - C - CH3
13
+ H2O
Lớp 02V 01 Hóa Dầu
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế phân xởng sản xuất phenol
O
C6H5OH + Cl - C -CH3
O
C6H5 - O - + HO - C - CH3
O
+ HCl
O
Este của Phenol chuyển thành axyl Phenol
C6H5OH + Cl - C -R
to,Al2O3
C6H5 - O - + HO - C - R
O
O
II.1.2.4. Chuyển hoá Phenol thành benzen:
C6H5OH + Zn to, 400oC C6H6 + ZnO
II.1.2.5. Alkyl hoá:
II.1.2.6. Phản ứng oxy hoá:
Phenol là một chất có tính khử mạnh. Do đó để trong không khí nó
chuyển thành màu nâu, khi sử dụng Phenol thì phải cất lại
II.1.2.7. Phản ứng thế electropyl ở nhân thơm:
Nhóm OH là nhóm hoạt động hoá và định hớng tác nhân electropyl
thế ở vị trí octo và para. Nhóm OH, -O là tác nhân hoạt động mạnh hơn so
với OH
*.Nitro hoá:
Dùng HNO3 loãng, nhiệt độ to = 20oc thì mới thu đợc sản phẩm mono_
Ngô Thị Nghĩa
14
Lớp 02V 01 Hóa Dầu
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế phân xởng sản xuất phenol
nitrophenol và ngay cả ở điều kiện đó thì hiệu suất sản phẩm mono nitrophenol:
Nếu nitro bằng HNO3 đậm đặc, phản ứng tạo ra 2,4,6 tri_nitrophenol(axit
picric)
2,4,6 trinitro phenol
*. Halogen hoá:
2,4,6 Tri-brom-phenol
*. Alkyl hoá:
*.Sunfo hoá:
ở t0: 15-200C thế vào vị trí octo
ở t0: 1000C thế vào vị trí para
Ngô Thị Nghĩa
15
Lớp 02V 01 Hóa Dầu
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế phân xởng sản xuất phenol
II.2. ứng dụng của Phenol:
Phenol là một trong những sản phẩm trung gian có vai trò quan trọng
trong nghành công nghiệp hoá học. Trong công nghiệp chất dẻo, Phenol là
nguyên liệu để chế biến nhựa Phenol formanddehit, bis Phenol A để sản xuất
nhựa poli cacbonat và nhựa epoxyl.
Trong công nghiệp tơ hoá học từ Phenol sản xuất polilactam và axit
adipic là nguồn nhiên liệu để tổng hợp poly amit, sản xuất sợi tổng hợp cảpo
và nilon.
Trong công nghiệp từ Phenol có thể dùng để sản xuất thuốc diệt cỏ dại
và kích thích sinh trởng của thực vật.
Các dẫn xuất của Phenol nh fectaclo Phenol đợc dùng trong bảo quản
gỗ(chống mối mọt), chế phẩm thuốc sát trùng.
Các sản phẩm nitro hoá đợc dùng làm thuốc nổ(axit picnic). Phenol còn
đợc ứng dụng để sản xuất dợc liệu trên cơ sở sản xuất axit salisilic, aspirin.
Ngoài ra Phenol còn dùng làm dung môi để làm sạch các sản phẩm dầu,
làm sạch dầu nhờn khỏi hợp chất dị vòng, làm sạch axit Sunfuric trong quá
trình sản xuất nhựa lactam, acrylic.
Ngô Thị Nghĩa
16
Lớp 02V 01 Hóa Dầu
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế phân xởng sản xuất phenol
III. Tính chất của Na2SO3:
III.1. Tính chất vật lý:
Na2SO3.7H2O là những tinh thể lớn không màu thuộc hệ đơn tà, có
trọng lợng riêng là 1,56 dễ tan trong nớc và cho phản ứng với kiềm. Ngoài
không khí bị lên hoa và oxi hoá biến thành Na2SO4. Ơ 150oC nó bị mắt nớc kết
tinh, khi đun nóng mạnh nóng chảy thành hỗn hợp Na 2S và Na2SO4. Khi bảo
quản trong lọ, chính lớp NaSO3 trên cùng bảo vệ chắc chắn lợng riêng 2,633
bị oxi hoá chậm hơn tinh thể ngậm nớc nhiều, khi để ngoài khhông khí không
bị biến đổi.
Ngô Thị Nghĩa
17
Lớp 02V 01 Hóa Dầu
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế phân xởng sản xuất phenol
Chơng II: các phơng pháp sản xuất phenol
Phơng pháp đầu tiên sản xuất Phenol là nó đợc tách ra từ nhựa than đá.
Tuy nhiên hiệu suất của phơng pháp này rất thấp (0,05 kg Phenol/1 tấn than ).
Do đó cho đến ngày nay phơng pháp này không đợc ứng dụng trong công
nghiệp.
Trong công nghiệp để điều chế Phenol ngời ta dùng các phơng pháp
sau:
Sunfo hoá benzen và sản xuất Phenol bằng phơng pháp nóng chảy kiềm
của dẫn xuất Sunfo.
+ Clo hoá benzen và sự thuỷ phân kiềm clo benzen
+ Clo hoá benzen và sự thuỷ phân Clo hoá benzen bằng hơi nớc(Quá
trình Rasclinh Hooker).
+ Alkyl hoá benzen với propen thành iso propylbenzen(Cumen). Quá
trình oxi hoá Cumen thành Cumen hydroperoxit tơng ứng (Quá trình Hock)
+ Oxi hoá toluen thành axit Benzoic và oxi hoá khử nhóm các bonxyl
tạo thành Phenol (Quá trình DOW).
+ Đêhydro hoá hỗn hợp cyclohecxanol cyclohecxanon.
I. Sản xuất Phenol bằng phơng pháp clo hoá benzen:
I.1. Thuỷ phân clo hoá Benzen bằng Kiềm:
I.1.1. Cơ sở của phơng pháp:
Phơng pháp này đợc dùng trong công nghiệp từ năm 1928 ở Mỹ, năm
1933 ở Liên Xô.
Phân tử Benzen rất bền vì vậy khi nguyên tử clo kết hợp với nhân thơm
phản ứng phải đợc tiến hành trong dung dịch Kiềm có nồng độ từ 10 đến 15% .
Điều kiện phản ứng: T = 300 đến 350oC, P= 250 đến 280 at.
Ngô Thị Nghĩa
18
Lớp 02V 01 Hóa Dầu
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế phân xởng sản xuất phenol
Thiết bị phản ứng dạng ống, gồm những ống xoắn bằng thép, bên trong
ống đợc phủ bằng một lớp đồng và đợc đốt nóng bằng lớp khói lò.
* Các phơng trình phản ứng:
2NaCl + 2 H2O
đpdd
Cl2 + 2NaOH + H2
- Quá trình Clo hoá Benzen:
C6H6 + Cl2
Fe,to
C6H5Cl
+ HCl
- Quá trình thuỷ phân:
C6H5Cl + 2NaOH
C6H5ONa + HCl
C6H5ONa + NaCl
C6H5OH + NaCl
- Các sản phẩm phụ:
C6H5ONa + C6H5Cl + NaOH
C6H5-O- C6H5 + NaCl
Và một lợng nhỏ octo và para oxit diphenol:
C6H5Cl + C6H5ONa + NaOH C6H5- C6H4-ONa + NaCl + H2O
* Đặc điểm của phơng pháp :
Sản xuất Phenol bằng phơng pháp thuỷ phân kiềm clo benzen có lợi là kết
hợp đợc với quá trình điện phân muối ăn với clo hoá benzen. Muối ăn thu đợc trong quá trình chỉ do những sản phẩm phụ tạo ra. Dung dịch muối ăn nhận
đợc sau phản ứng phenollat và đem điện phân ta thu đợc dung dịch kiềm để
thuỷ phân clo benzen.
Nhợc điểm lớn nhất của phơng pháp này là quá trình tiến hành ở áp suất
cao, dẫn đến việc chế tạo thiết bị phản ứng khó khăn làm cho giá thành sản
phẩm tăng.
I.1.2. Sơ đồ dây chuyền công nghệ:
I.1.2.1. Sơ đồ dây chuyền sản xuất :
1. Thùng chứa benzen
2. Thiết bị làm khan
3. Thiết bị clo hoá
Ngô Thị Nghĩa
19
Lớp 02V 01 Hóa Dầu
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế phân xởng sản xuất phenol
4. Thiết bị clo hoá
5. Thiết bị trung hoà clo benzen
6. Thiết bị điện phân clo
7. Thiết bị cất clo benzen
8. Thiết bị cất clo benzen
9. Thiết bị khuấy
10.Thiết bị phản ứng hình ống
11. Thiết bị phân pha
12. Thiết bị trung hoà
13,14,15,16. Tháp cất
I.1.2.2. Thuyết minh dây chuyền công nghệ :
Cloro benzen sử dụng trong quy trình công nghệ đợc điều chế từ benzen
và khí clo đã đợc làm khô. Quá trình clo hoá đợc tiến hành trong hai bớc với
sự có mặt của FeCl3 làm xúc tác ở 800C .
Benzen từ thùng chứa (1) đợc cho qua thiết bị làm khô (2) trớc khi đi
vào thiết bị tiền clo hoá (3) và clo hoá (4), ở đây đợc tiếp xúc với luồng khí clo
đã đợc điều chế ra từ thiết bị điện phân (6). Axít HCl tạo thành đợc dẫn ra ngoài ở
phía trên đỉnh thiết bị clo hoá (3) và đợc sử dụng vào việc trung hoà hỗn hợp phản
ứng ở thiết bị (12) nhằm giải phóng phenolat thành phenol. Sản phẩm đã clo hoá
đợc trung hoà bằng dung dịch NaOH ở thiết bị trung hòa (5) sau đó qua thiết bị (7)
để cất benzen thừa, benzen này đợc dẫn trở lại làm nguyên liệu đầu. Sản phẩm đáy
của (7) đợc dẫn sang tháp cất (8) để cất lấy clo benzen. Sản phẩm đỉnh là clo
benzen . Hỗn hợp phản ứng sau khi đợc khuấy trộn ở (9) đợc cho qua thiết bị hình
ống (10), ở đây duy trì nhiệt độ 3400C và áp suất 250 300 bar. Phản ứng toả
nhiệt nên nhiệt độ có thể tăng lên 375 0C, thời gian phản ứng tuỳ điều kiện mà có
thể duy trì 10 30 phút, ở bình tách pha (11) pha nớc và pha hữu cơ đợc tách
khỏi nhau, pha hữu cơ chứa clo benzen và diphenyl ete đợc tách ở tháp cất (13) ,
(14) . Phenol đợc cất và thu ở đỉnh tháp cất (15) .
Ngô Thị Nghĩa
20
Lớp 02V 01 Hóa Dầu
7
Ng« ThÞ NghÜa
5
NaOH
8
21
6
3
10
2
HCL
11
Cặn
14
HCL
12
1
NaCL
15
HÌNH !: SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PHENOL THEO PHƯƠNG PHÁP CLO HOÁ BENZEN
4
9
13
Diphenyl ete
16
Cặn chưng cất
Các
phenyl phenol
Phenol
§å ¸n tèt nghiƯp
ThiÕt kÕ ph©n xëng s¶n xt phenol
Líp 02V – 01 Hãa DÇu
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế phân xởng sản xuất phenol
I.2. Thủy phân clo benzen bằng nớc:
I.2.1. Cơ sở của phơng pháp:
Phơng pháp này đợc thực hiện trong điều kiện nhiệt độ cao có xúc tác và
nó đợc đa vào trong công nghiệp từ năm 1938 ở Đúc, Liên Xô, Mỹ.
Các phản ứng của quá trình
C6H6 + 2HCl + O2 2C6H5Cl+ 2 H2O
2C6H5Cl + 2H2O
2C6H5 + 2Cl2
2C6H5OH + 2HCl
2C6H5OH
Giai đoạn 1: Clo hoá Benzen bằng HCl, ở điều kiện nhiệt độ T = 250
đến 270oC có xúc tác ion đồng.
Giai đoạn 2: là phản ứng thuỷ phân tiếp xúc Clo Benzen bằng hơi nớc ở
nhiệt độ 450 đến 500oC. Với sự có mặt của xúc tác Kaliphotphat, phản ứng
này thuận nghịch và thu nhiệt phản ứng xảy ra theo chiều có lợi khi lợng hơi
ít.
Với phơng pháp này quá trình tách sản phẩm rất phức tạp và không triệt để,
Việc tách sản phẩm dựa vào nhiệt đô sôi khác nhau khi chng luyện hỗn hợp
đẳng phí. Thiết bị phải chế tạo bằng vật liệu chịu ăn mòn.
* Trong quá trình Gulf:
Clo hoá Benzen đợc thực hiện trong pha lỏng T = 50 đến 170oC. Dới áp
suất cân bằng và xúc tác là axit Nitric với độ chuyển hoá 80% . Sự chọn lọc
monoclo Benzen là 95%. Còn trong quá trình Raschig với độ chuyển hoá 10%
sự chọn lọc monoBenzen là 90%.
Trong quá trình Gulf, sự thuỷ phân xảy ra trên xúc tác là Cu/LaPO 4. Dung
dịch Phenol chứa axit HCl nhằm thúc đẩy quá trình này. Sự thuỷ phân
C6H5Cl không đợc ứng dụng nhiều trong công nghiệp vì phản ứng clo hoá có
ảnh hởng xấu đến môii trờng sinh thái.
Ngô Thị Nghĩa
22
Lớp 02V 01 Hóa Dầu
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế phân xởng sản xuất phenol
II. Sản xuất Phenol bằng phơng pháp oxi hoá Cumen:
II.1. Cơ sở của phơng pháp:
Phơng pháp này đợc ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp của nhiều nớc, là
phơng pháp sản xuất đồng thời cả phenol và axeton.
Trong quá trính sản xuất phenol đi từ Cumen có hai phản ứng chính:
Phản ứng Hydro hoá Cumen và phản ứng tách Cumen Hydroperoxyl
*. Phản ứng oxi hoá Cumen:
Điều kiện phản ứng: T = 90 120oC, P= 0,5 0,7 mpa
C6H5CHCH3 + O2
C6H5C(CH3)2 OOH
Quá trình oxy hoá Cumen với không khí hoặc không khí giàu oxy đợc thực
hiện trong quá trình thiết bị làm bằng thép chống rỉ, quá trình này làm việc
trên nguyên lý tháp tầng sôi. Thiết bị phản ứng có thể cao trên 20 m phản ứng
trong môi trờng trung tính(PH= 7 -8) hoặc trong môi trờng axit
(PH= 3 - 6).
Quá trình phản ứng là quá trình toả nhiệt, nhiệt phản ứng là 800 kj đồng
thời giải phóng ra 1kg Cumen hydropeoxyl nhiệt của phản ứng đợc tách ra
bằng quá trình làm lạnh. Sản phẩm của quá trình là -dimetyl benzyl alcolhol
và xeton phenol. Sản phẩm chính đợc hình thành từ quá trình phân huỷ bởi
nhiệt của Cumen hidro peroxyl. Quá trình này xảy ra trong khoảng nhiệt độ
lớn có thể lên đến 130oC.
*. Phản ứng tách Cumen hydro peroxyt:
Phơng trình phản ứng
C6H5C(CH3)2 OOH
C6H5OH + CH3OCH3
Phản ứng tách loại Cumen hydro xyt dới tác dụng của axit tạo ra phenol và
axeton đợc thực hiện theo cơ chế ion. Axit H 2SO4 đợc sử dụng trong công
nghiệp nh là một axit khác cũng đợc sử dụng làm xúc tác nh H3PO4, HClO4
*. Các phản ứng phụ:
Ngô Thị Nghĩa
23
Lớp 02V 01 Hóa Dầu
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế phân xởng sản xuất phenol
C6H5C(CH3)2 OOH C6H5C OCH3 + CH3 OH
Tạo ra rợu bặc 3: ĐI metyl phenyl
C6H5C(CH3)2 OOH C6H5C(CH3)2 OH + 1/2 O2
Tạo ra - metyl Stylen:
C6H5C(CH3)2 OOH C6H5-C(CH3) = CH2 + H2O
II.2. Dây chuyền sản xuất:
II.2.1. Sơ đồ dây chuyền công nghệ:
1.
Thùng cao vị
2.
Tháp oxy hóa sủi bọt
3. Thiết bị xử lý khí thải
4.
Thiết bị chng chân không
5,7. Thiết bị phân hủy cumen hydroperoxit bằng axít
6.
Thùng chứa axít H2SO4
8.
Thùng chứa NaOH
9.
Thiết bị trung hòa
10. Thiết bị chng cất tách axeton
11. Thiết bị chng cất tách cumen và -methylstyrene
12. Thiết bị chng cất tách phenol
13. Thùng chứa axeton
14. Thùng chứa các sản phẩm nặng
15. Thùng chứa phenol
16. Thiết bị hydro hoá
17. Thiết bị làm lạnh
18. Thiết bị đun sôi
Ngô Thị Nghĩa
24
Lớp 02V 01 Hóa Dầu
Đồ án tốt nghiệp
Ngô Thị Nghĩa
Thiết kế phân xởng sản xuất phenol
25
Lớp 02V 01 Hóa Dầu
