Thiết kế phân xưởng sản xuất Formalin trên xúc tác oxyt Fe - Mo với năng suất 75.000 tấn năm

Bộ giáo dục và đào tạo

Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam

Trờng đại học Bách Khoa Hà Nội

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

---------- ----------

--------------------

Nhiệm vụ thiết kế

Họ và tên: Ngô Anh Quyên
Lớp: Hóa Dầu- K45
Ngành học: Công nghệ Hữu Cơ Hóa Dầu
1. Đề tài thiết kế: Thiết kế phân xởng sản xuất Formalin trên xúc tác
oxyt Fe - Mo với năng suất 75.000 tấn/năm.
2. Nội dung thiết kế và tính toán:
Tổng quan tài liệu về Formalin
Tính toán
Cân bằng vật chất
Cân bằng nhiệt lợng
Tính toán thiết bị chính
Thiết kế xây dựng
Tính toán kinh tế
3. Các bản vẽ đồ thị
Dây chuyền sản xuất chính
Thiết bị chính
Xây dựng

4. Cán bộ hớng dẫn: GS - TS Đào Văn Tờng
5. Ngày giao nhiệm vụ thiết kế: 17- 1- 2005


6. Ngày hoàn thành nhiệm vụ thiết kế: 30- 5- 2005
Ngày 18, tháng 01 năm 2005
Chủ nhiệm bộ môn
(Ký và ghi rõ họ tên)
Nguyễn Hữu Trịnh

Cán bộ hớng dẫn
(Ký và ghi rõ họ tên)
Đào Văn Tờng

Kết quả điểm đánh giá
- Quá trình thiết kế :
- Điểm duyệt
:
- Bản vẽ thiết kế :
Cán bộ hớng dẫn : GS. TS đào văn tờng
7. Ngày giao nhiệm vụ thiết kế: 25/02/2005
8. Ngày hoàn thành nhiệm vụ:
Ngày 30 tháng 05 năm 2005
Chủ nhiệm khoa
(Ký và ghi rõ họ tên)

Kết quả đánh giá:
Điểm quá trình làm tốt nghiệp
Điểm duyệt :
Điểm bảo vệ:

Chủ tịch hội đồng
(Ký và ghi rõ họ tên)

Cán bộ hớng dẫn
(Ký và ghi rõ họ tên)

Sinh viên thực hiện
(Ký và ghi rõ họ tên)
Ngày 30 tháng 05 năm 2005
(Ký tên)


MỤC LỤC
Trang
PHẦN MỞ ĐẦU
PHẦN I - TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
Chương I. Giới thiệu chung về nguyên liệu của quá trình sản xuất
Formalin ................................................................................................... 3
I. Tính chất của nguyên liệu ............................................................3
1. Oxy .......................................................................................... 3
1.1 Tính chất vật lý ................................................................4
1.2 Tính chất hóa học .............................................................4
1.3 Một số ứng dụng của Oxy ................................................5
2. Metanol ................................................................................... 5
2.1 Tính chất vật lý ................................................................6
2.2 Tính chất hóa học .............................................................6
2.3 Ứng dụng của Metanol .....................................................8
3. Chỉ tiêu của các nguyên liệu để sản xuất Formalin thương
phẩm ............................................................................................ 9
3.1 Metanol kỹ thuật ..............................................................9

3.2 Nước ............................................................................... 10
3.3 Không khí .......................................................................10
II. Tính chất của sản phẩm – Formalin ...........................................10
1. Tính chất vật lý .....................................................................10
2. Tính chất hóa học ..................................................................15
2.1 Phản ứng phân hủy .........................................................15
2.2 Phản ứng polyme hóa .....................................................16
2.3 Phản ứng oxy hóa khử ....................................................16
2.4 Phản ứng giữa các phân tử Formaldehyde .....................17
2.5 Phản ứng Cannizzaro ......................................................17
2.6 Phản ứng Tischenko .......................................................17
2.7 Phản ứng cộng hợp ........................................................17
3. Tiêu chuẩn chất lượng của Formalin thương phẩm ................18
4. Ứng dụng của Formalin thương phẩm ....................................19
Chương II. Các phương pháp chế tạo xúc tác oxyt Fe – Mo ...................21


1.
2.
3.
4.

Phương pháp kết tủa ..............................................................21
Phương pháp trộn dung dòch rồi cô đặc ..................................22
Phương pháp trộn tẩm ............................................................22
Phương pháp trộn khô ............................................................22

Chương III. Các phương pháp sản xuất Formalin ....................................24
I.

Phương pháp oxy hóa trực tiếp metan, hydrocarbon cao ............25
1. Phương pháp oxy hóa metan ..................................................25
2. Phương pháp oxy hóa hydrocarbon cao .................................27
3. Phương pháp oxy hóa etylen ..................................................28
4. Phương pháp thuỷ phân clorua metylen .................................28
II. Phương pháp dehydro hóa và oxy hóa đồng thời metanol ..........28
III. Phương pháp sản xuất Formalin từ oxy hóa Metanol ..................29
1. Quá trình sản xuất Formaldehyde sử dụng xúc tác bạc .........29
1.1 Giới thiệu chung ..............................................................29
1.2 Một số công nghệ sản xuất Formalin sử dụng xúc tác bạc
33
2. Công nghệ sản xuất Formaldehyde sử dụng xúc tác oxyt ......38
2.1 Giới thiệu chung ..............................................................38
2.2 Một số công nghệ sản xuất Formalin dùng xúc tác oxyt ..40
Chương IV. So sánh tính kinh tế và lựa chọn công nghệ thích hợp cho dây
chuyền sản xuất Formalin .......................................................................47
I. So sánh các quá trình ..................................................................47
II. Lựa chọn công nghệ sản xuất Formalin trên xúc tác oxyt Fe – Mo
49
III. Giới thiệu thiết bò chính trong dây chuyền công nghệ sản xuất
Formalin dùng xúc tác oxyt ..............................................................51
Chương V. Động học và cơ chế phản ứng oxy hóa Metanol trên xúc tác
oxyt công nghiệp .................................................................................... 54
Chương VI. Nghiên cứu các đặc trưng công nghệ và thiết bò sản xuất
Formalin ................................................................................................. 58
I. Đặc trưng công nghệ xúc tác oxyt ..............................................58
II. Đặc trưng các thiết bò phản ứng trong dây chuyền xúc tác oxyt . 60
1. Thiết bò hóa hơi ..................................................................... 60

2. Thiết bò phản ứng ..................................................................60
3. Tháp hấp thụ ......................................................................... 60
PHẦN II - TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ
I.

Các số liệu chất tham gia ...........................................................62
1. Số liệu chất tham gia phản ứng .............................................62
2. Thành phần khí thải ...............................................................62
3. Tổn thất ................................................................................. 62
4. Thành phần sản phẩm ...........................................................62
5. Các phản ứng xảy ra ..............................................................62
II. Tính toán cân bằng vật chất .......................................................62
1. Cân bằng vật chất cho toàn phân xưởng ................................65
2. Cân bằng vật chất cho từng thiết bò .......................................67
III. Tính cân bằng nhiệt lượng ..........................................................70
1. Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bò đun nóng không khí ..........70
2. Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bò bay hơi Metanol ...............72
3. Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bò phản ứng chính .................77
IV. Tính toán thiết bò chính ...............................................................81
1. Lưu lượng hỗn hợp khí vào thiết bò ........................................81
2. Lưu lượng thể tích của hỗn hợp khí đi vào thiết bò .................82
3. Tính đường kính của thiết bò phản ứng ..................................83
4. Tính đường kính của ống dẫn ................................................84
5. Tính đáy và nắp thiết bò .........................................................87
6. Tính chiều cao thiết bò ..........................................................87
PHẦN III - THIẾT KẾ XÂY DỰNG VÀ AN TOÀN LAO ĐỘNG
Chương I. Thiết kế xây dựng ..................................................................88
I. Đặc điểm của sản phẩm nhà máy ..............................................88
II. Đòa điểm xây dựng ..................................................................... 88
1. Yêu cầu chung ....................................................................... 88

2. Yêu cầu về đòa hình xây dựng ...............................................89
3. Yêu cầu về môi trường và vệ sinh công nghiệp ....................90
4. Giải pháp thiết kế xây dựng tổng quan mặt bằng phân xưởng
90


5. Các hạng mục công trình trong phân xưởng sản xuất Formalin
92
6. Mặt bằng nhà máy .................................................................63
Chương II. An toàn lao động ...................................................................95
I. Công tác đảm bảo an toàn lao động ...........................................95
II. Công tác vệ sinh trong lao động .................................................96
PHẦN IV - TÍNH TOÁN KINH TẾ
I. Mục đích và nhiệm vụ của tính toán kinh tế ..............................98
II. Nội dung của tính toán kinh tế ...................................................98
1. Chế độ làm việc của phân xưởng ..........................................98
2. Nhu cầu về nguyên vật liệu, nhiên liệu và năng lượng .........98
PHẦN V - TỰ ĐỘNG HÓA TRONG PHÂN XƯỞNG
1. Mục đích và ý nghóa ............................................................107
2. Một số ký hiệu thường dùng trong tự động hóa ...................108
3. Các dạng tự động .................................................................108
4. Cấu tạo của một số thiết bò tự động ....................................111
KẾT LUẬN .......................................................................................... 114
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................115


phần mở đầu
FORMALDEHYDE XUẤT HIỆN TRONG TỰ NHIÊN VÀ
ĐƯC HÌNH THÀNH TỪ CÁC HP CHẤT HỮU CƠ NHỜ
QUÁ TRÌNH QUANG HÓA TRONG KHÍ QUYỂN, TỪ KHI

CÓ SỰ SỐNG TRÊN TRÁI ĐẤT.
FORMALDEHYDE LÀ MỘT TRONG NHỮNG HP
CHẤT ANDEHYDE QUAN TRỌNG ĐƯC CUNG CẤP
TRÊN THỊ TRƯỜNG, HIỆN NAY CÓ KHOẢNG 50 NGÀNH
CÔNG NGHIỆP SỬ DỤNG FORMALDEHYDE VÀ MỖI NĂM
CÓ KHOẢNG 9 TỶ HP CHẤT Ở DẠNG DUNG DỊCH
NƯỚC 37 ÷ 50%, GỌI LÀ FORMALIN ĐÃ ĐƯC CUNG
CẤP. ĐÂY LÀ MỘT TRONG NHỮNG BÁN THÀNH PHẨM
QUAN TRỌNG CHO NGÀNH TỔNG HP HỮU CƠ VÀ
NHIỀU NGÀNH KHÁC, CHẲNG HẠN: NGÀNH Y TẾ
(DÙNG ĐỂ ƯỚP XÁC, TẨY MÙI), NGÀNH THỰC PHẨM
(ĐỂ TRÁNH ÔI THIU), THUỘC DA (TRONG CÔNG NGHỆ
THUỘC DA GIÀY), …
FORMALDEHYDE CŨNG ĐƯC TẠO THÀNH TỪ
CÁC HP CHẤT HỮU CƠ TRONG QUÁ TRÌNH CHÁY
KHÔNG HOÀN TOÀN, DO ĐÓ TA CÓ THỂ THẤY SỰ CÓ
MẶT CỦA NÓ TRONG KHÍ CHÁY CỦA ĐỘNG CƠ XE,
NHIỆT NHÀ MÁY, KHÍ ĐỐT VÀ NGAY CẢ TRONG KHÓI
THUỐC LÁ.

FORMALDEHYDE ĐƯC TỔNG HP LẦN

ĐẦU TIÊN VÀO NHỮNG NĂM 1859, KHI ĐÓ BUTLEROV


THỰC HIỆN THUỶ PHÂN METYLEN AXETAT VÀ CHỈ RA
MÙI ĐẶC TRƯNG CỦA DUNG DỊCH. ĐẾN NĂM 1867,
HOFMANN ĐÃ TỔNG HP ĐƯC FORMALDEHYDE
BẰNG CÁCH CHUẨN BỊ HỖN HP HƠI METANOL –
KHÔNG KHÍ ĐI QUA LỚP XÚC TÁC PLATIN (PT) Ở DẠNG

SI XOẮN ĐÃ ĐƯC ĐUN NÓNG. SAU ĐÓ KEKULE ĐÃ
ĐIỀU CHẾ FORMALDEHYDE TINH KHIẾT VÀO NĂM
1882.
QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT MANG TÍNH CÔNG NGHIỆP
CỦA FORMALDEHYDE ĐÃ TRỞ NÊN PHỔ BIẾN VÀO
NĂM 1882, KHI TOLLENS ĐÃ KHÁM PHÁ RA MỘT
PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỶ LỆ LƯNG HƠI
METANOL – KHÔNG KHÍ VÀ SỰ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆU
SUẤT PHẢN ỨNG. NĂM 1886 LOEW ĐÃ THAY THẾ XÚC
TÁC DẠNG SI XOẮN PT BẰNG XÚC TÁC LƯỚI ĐỒNG
(CU) CÓ HIỆU QUẢ HƠN. MỘT NHÀ MÁY CỦA ĐỨC –
MERCKLIN UND LOSEKANN BẮT ĐẦU ĐI VÀO SẢN
XUẤT VÀ BÁN FORMALDEHYDE TRÊN THỊ TRƯỜNG
VÀO NĂM 1889. MỘT NHÀ MÁY KHÁC CỦA ĐỨC –
HUGO BANK LẦN ĐẦU TIÊN ĐÃ TÌM RA CÁCH SỬ DỤNG
XÚC TÁC BẠC VÀO NĂM 1910.
CÔNG NGHIỆP TIẾP TỤC PHÁT TRIỂN TỪ 1900 ÷
1905, KHI ĐÓ NĂNG SUẤT, LOẠI THIẾT BỊ, NHU CẦU SỬ
DỤNG FORMALDEHYDE NGÀY CÀNG TĂNG LÊN. NĂM
1905 BADISCHE ANILIN VÀ SODA FABRIK BẮT ĐẦU SẢN
XUẤT FORMALDEHYDE QUA MỘT QUÁ TRÌNH LIÊN


TỤC, SỬ DỤNG XÚC TÁC BẠC TINH THỂ, SẢN LƯNG
FORMALDEHYDE ĐẠT ĐƯC LÀ 30 KG/NGÀY DƯỚI
DẠNG DUNG DỊCH NƯỚC 30% TRỌNG LƯNG.
METANOL CẦN THIẾT CHO QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT
FORMALDEHYDE ĐƯC THU HỒI TỪ NGÀNH CÔNG
NGHIỆP GỖ CACBON HÓA. SỰ PHÁT TRIỂN CỦA QUÁ
TRÌNH TỔNG HP METANOL Ở ÁP SUẤT CAO DO

BACHISCHE ANILIN VÀ SODA FABRIK CHO PHÉP SẢN
XUẤT FORMALDEHYDE TRÊN PHẠM VI CÔNG NGHIỆP
VỚI QUY MÔ RỘNG LỚN VÀO NĂM 1925.
CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT FORMALDEHYDE
PHỤ THUỘC VÀO XÚC TÁC QUÁ TRÌNH OXY HÓA
METANOL. KHOẢNG MỘT NỬA METANOL SẢN XUẤT
RA ĐƯC ỨNG DỤNG ĐỂ SẢN XUẤT NHỰA URE –
FORMALDEHYDE, NHỰA PHENOL – FORMALDEHYDE.
MẶT KHÁC, KHOẢNG 25% ĐƯC SỬ DỤNG ĐỂ TẠO RA
CÁC POLYME CAO PHÂN TỬ KHÁC VÀ CÁC NHỰA
KHÁC NHƯ: NHỰA POLYAXETAL, PENTAERITHRITOL
C(CH2OH)4, UROTROPIN, BUTANDIOL VÀ CÁC SẢN
PHẨM KHÁC.
HẰNG

NĂM,

NƯỚC

TA

PHẢI

NHẬP

KHẨU

FORMALIN ĐỂ SẢN XUẤT CÁC VẬT LIỆU POLYME, VẬT
LIỆU CÁCH ĐIỆN, CÁCH NHIỆT, CHẤT MẠ KIM LOẠI,
CHẤT PHỤ TR CHO CÔNG NGHIỆP DỆT, CHẤT SÁT

TRÙNG TRONG CHĂN NUÔI, ...


DO NHU CẦU THIẾT YẾU CỦA FORMALIN NÊN CẦN
CÓ KẾ HOẠCH SẢN XUẤT FORMALIN ĐÁP ỨNG NHU
CẦU TRONG NƯỚC CŨNG NHƯ Ở NƯỚC NGOÀI NHẰM
GIẢM ĐẾN MỨC TỐI THIỂU CHI PHÍ NHẬP KHẨU
FORMALIN TỪ NƯỚC NGOÀI. VÌ VẬY TA CẦN PHẢI
NGHIÊN

CỨU

KỸ

HƠN

QUÁ

TRÌNH

FORMALIN CỤ THỂ QUA CÁC PHẦN SAU:


SẢN

XUẤT


PHẦN I

TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NGUYÊN LIỆU CỦA QUÁ
TRÌNH SẢN XUẤT FORMALIN
I.

TÍNH CHẤT CỦA NGUYÊN LIỆU

1. Oxy [3 – 329,339]
Là một nguyên tố thuộc chu kỳ 2 và nhóm VIA trong bảng tuần
hoàn, khối lượng nguyên tử là 15,9994. Trong tự nhiên, oxy tồn tại cả
dưới dạng đơn chất và hợp chất và là hỗn hợp của 3 đồng vò bền

16
8

O

(chiếm 99,76%), 178O (chiếm 0,04%) và 188O (chiếm 0,2%). Một số đồng
vò nhân tạo 14O, 15O, 19O có tính phóng xạ, chu kỳ bán rã rất ngắn. Đơn
chất quan trọng và bền nhất của oxy gồm các phân tử 2 nguyên tử
Oxy.
1.1

Tính chất vật lý

Ở điều kiện thường oxy là chất khí, không
0

màu, không mùi, không vò, hóa lỏng ở – 183 C, hóa

0

rắn ở – 219 C. Một lít khí oxy ở điều kiện chuẩn
0

nặng 1,429g. Ở 20 C và 1 atm, 1 lít nước hòa tan
khoảng 30 cm

3

oxy. Ở trạng thái lỏng và rắn, oxy

có màu xanh nhạt. Oxy khí, lỏng, rắn đều có tính
thuận từ vì chúng đều chứa các phân tử O2 với 2
electron độc thân. Bậc liên kết giữa 2 nguyên tử
trong O2 bằng 2 và năng lượng liên kết là 494
kJ/mol.

Sau đây là một số đại lượng vật lý quan trọng của oxy:


Khối lượng nguyên tử

15,9994

Khối lượng phân tử

31,9988

Thể tích riêng (ở 1,10C; 101,3kPa) 0,754 m3/kg

Nhiệt độ sôi (ở 101,3kPa)

- 182,960C

Nhiệt độ nóng chảy

- 218,780C

Nhiệt độ tới hạn

- 118,570C

Áp suất tới hạn

5043 kPa

Ẩn nhiệt bay hơi (ở - 182,960C)

213 kJ/kg

Ẩn nhiệt nóng chảy (ở - 218,780C)

13,86 kJ/kg

Độ nhớt của khí (ở 250C, 101kPa)

20,8.10-3Pas

Độ nhớt của lỏng (ở 250C, 101kPa) 156.10-3Pas
1.2

Tính chất hóa học

Oxy là một phi kim rất hoạt động, độ âm
điện của nó lớn (3,5) chỉ kém flo, do đó trừ hợp
chất với flo, các hợp chất khác oxy đều thể hiện
số oxy hóa là – 2.
Phân tử oxy rất bền ở nhiệt độ thường, bắt
0

đầu phân huỷ ở 1400 C theo phương trình:

O2(k)

2O (k)

0

Ở 3500 K và áp suất thường, khoảng 25% phân
tử bò phân hủy và hình thành một lượng nhỏ
các phân tử ozon (O3).
Oxy rất hoạt động, nhất là ở nhiệt độ cao.
Phản ứng với oxy thường tỏa nhiều nhiệt và phát
sáng, hiện tượng này gọi là sự cháy. Sự cháy
trong oxy mãnh liệt hơn nhiều và tạo ra nhiệt độ
cao hơn nhiều so với sự cháy trong không khí.


Oxy phản ứng trực tiếp với đa số các hợp
chất và hầu hết các đơn chất (trừ khí hiếm),

một số kim loại hiếm và halogen thể hiện qua
các phản ứng sau:

a) Tác dụng với kim loại:
Oxy tác dụng hầu hết các kim loại (trừ Au, Pt) tạo thành các
oxyt:
4Na + O2 = 2Na2O
2Ca + O2 = 2CaO
4Al + 3O2 = 2Al2O3
b) Tác dụng với phi kim:
0

Oxy tác dụng với phôtpho (P) ở 60 C, với hydro (H2)
0

0

ở 300 C, với lưu huỳnh (S) ở 250 C, với cacbon ở 700 ÷
0

0

800 C, với nitơ (N2) ở 2000 C tạo nên các oxyt:

4P

+ 5O2 = 2P2O5

2H2 + O2

= 2H2O

S

+ O2 = SO2

C

+ O2 = CO2

N2

+ O2

= 2NO

c) Tác dụng với hợp chất:
Một số các hợp chất cháy trong oxy như H 2S,
FeS2, C2H5OH, CH4, … theo các phản ứng sau:

2H2S

+ 3O2

C2H5OH + 3O2

= 2SO2

+ 2H2O

= 2CO2

+ 3H2O


4FeS2

+ O2

= 2Fe2SO3 + 6SO2

CH4

+ 2O2 = CO2

+ 2H2O

Các phản ứng trên đều là phản ứng oxy hóa
– khử, trong đó oxy là chất oxy hóa.

I.3 Một số ứng dụng của oxy:
Oxy đóng vai trò quan trọng trong thiên nhiên,
một trong các quá trình sống quan trọng nhất
là sự thở được thực hiện nhờ sự tham gia của oxy.
Nhờ có oxy mà sự thối rữa và mục nát của
động thực vật chết đã chuyển các chất hữu cơ
phức tạp thành các chất đơn giản hơn, cuối cùng
là CO2, H2O và N2. Các chất này lại tiếp tục tham
gia vào vòng tuần hoàn chung của các chất trong
thiên nhiên.

Trong công nghiệp hóa học, oxy được dùng để
tăng cường các quá trình hóa học trong nhiều
ngành sản xuất như H2SO4, HNO3, gang. Các loại đèn
xì như hydro, axetilen được đốt cháy trong oxy tạo
nhiệt độ cao để hàn và cắt kim loại.

Trong y học oxy được dùng cho các trường hợp khó thở.
Hỗn hợp oxy lỏng với bột than, bột gỗ hoặc
các chất cháy khác là thuốc nổ được dùng
trong các công trình khai phá bằng chất nổ.


2. Metanol [2 – 465,467]
Metanol có công thức hóa học là CH 3OH, khối
lượng phân tử 32,042; còn gọi là methyl ancohol
hoặc rượu gỗ, là một trong những vật liệu hóa
học thô quan trọng nhất. Vào năm 1989, thế giới
đã cung cấp khá nhiều Metanol, khoảng 80% Metanol
được dùng trong công nghiệp hóa học như là một
vật liệu ban đầu hay là dung môi cho các quá
trình

tổng

hợp,

phần

còn

lại

được

dùng

làm

nhiên liệu.
Cách đây hơn 100 năm, Metanol được sản xuất
bằng cách chưng khô gỗ nhưng ngày nay phương
pháp

này

không

còn

có

ý

nghóa

trong

công

nghiệp.

Phần lớn lượng Metanol dùng để sản xuất
Formaldehyde, ngoài ra nó còn dùng làm sản phẩm
trung gian trong tổng hợp các chất khác như metyl
metacrylat, dimetylterephtalat, dimetylsunfat. Một pha àn
Metanol dùng làm dung môi nhưng vì độ độc cao
nên việc sử dụng của nó rất hạn chế. Metanol
được coi là nhiên liệu lý tưởng vì khả năng cháy
hoàn toàn và không gây ô nhiễm môi trường.

2.1 Tính chất vật lý
Metanol là chất lỏng linh động, không màu,
có tính phân cực, tan trong nước, benzen, rượu, este
và hầu hết các dung môi hữu cơ, có khả năng


hòa tan nhiều loại nhựa nhưng ít tan trong các
loại chất béo, dầu. Vì là chất phân cực nên
Metanol tan nhiều trong các chất vô cơ phân cực
đặc biệt là muối.
Metanol dễ cháy tạo hỗn hợp nổ với không
khí ở giới hạn nồng độ 7 ÷ 34%, rất độc cho sức
khỏe con người, với lượng 10ml trở lên có thể gây
tử vong.

Một số hằng số vật lý quan trọng của Metanol:
0

3

Tỷ trọng chất lỏng (0 C, 101,3 KPa ): 0,8100g/cm

0

3

Tỷ trọng chất lỏng (25 C, 101,3 KPa ): 0,78664g/cm
0

Nhiệt độ sôi (101,3 KPa): 64,70 C
0

Nhiệt độ đóng rắn: - 67,68 C
0

Nhiệt độ bốc cháy: 470 C
Áp suất tới hạn: 8,097 MPa
0

Nhiệt đôï tới hạn: 239,49 C
3

Tỷ trọng tới hạn: 0,2715 g/cm
Nhiệt nóng chảy: 100,3 kJ/kg
Nhiệt hóa hơi: 1128,8 kJ/kg


0

Nhiệt dung riêng của khí (25 C, 101,3 MPa): 44,06J/mol.K
0

Nhiệt dung riêng của lỏng (25 C, 101,3 MPa):84,08 J/mol.K
0

Đôï nhớt của lỏng (25 C): 0,5513 mPa.s
0

-3

Độ nhớt của hơi (25 C): 9,68.10 mPa.s
Giới hạn nổ trong không khí: 5,5÷ 44% thể tích.
2.2 Tính chất hóa học
Khả năng phản ứng hóa học của Metanol
được quyết đònh bỡi nhóm – OH. Các phản ứng của
Metanol xảy ra ở các liên kết C – O hoặc O – H và
được đặc trưng bỡi sự thay thế nguyên tử H

hay

nhóm – OH.

a) Phản ứng ở liên kết O – H:

+ Tác dụng với kim loại kiềm tạo muối ancolat:
CH3OH + Na

CH3ONa + 1/2H2

+ Tác dụng với axit (phản ứng este hóa):
Metanol tác dụng được với cả axit hữu cơ và
vô cơ tạo thành este. Đây là phản ứng thuận

nghòch xảy ra với sự có mặt của xúc tác H 2SO4
đặc.


CH3OH + CH3COOH
CH3OH + HO - SO2 - OH

H+

CH3COOCH3

+ H2 O

CH3 - SO2 - OH + H2O

b) Phản ứng ở liên kết C – O:
+ Tác dụng với HX:
CH3OH + HCl

CH3Cl + H2O

+ Phản ứng dehydrat hóa (phản ứng tách nước):
0

Metanol không bò tách nước ở 180 C và xúc
tác H2SO4 đặc để tạo olefin như các đồng đẳng
của nó.
0

Ở 140 C và xúc tác H2SO4 thì hai phân tử rượu

Metanol tách một phân tử nước để tạo ete:

2CH3OH

H2SO4
1400C

CH3 - O - CH3 + H2O

+ Phản ứng oxy hóa:
Khi oxy hóa Metanol trên xúc tác kim loại (Ag,
Pt, Cu) hay xúc tác oxyt (Fe – Mo) hoặc hỗn hợp oxyt (V
– Mo, Ti – Mo) trong điều kiện thích hợp ta thu được
Formaldehyde và các sản phẩm phụ.

CH3OH + 1/2O2

xúc tác
t0

HCHO + H2O + Q,

Nếu oxy hóa sâu hơn sẽ tạo ra axit formic:

H = -159kJ/mol


CH3OH

xúc tác

+ O2

t0

HCOOH + H2O

Nếu oxy hóa hoàn toàn thì sẽ thu được CO, CO2 và H2O.
CH3OH + O2

CO + 2H2O

CH3OH + 3/2O2

CO2 + 2H2O

+ Phản ứng dehydro hóa:
Phản ứng dehydro hóa Metanol cho ra sản phẩm là HCHO:
CH3OH

HCHO + H2

2.3 Ứng dụng của Metanol:
Metanol là một trong những nguyên liệu và dung môi quan
trọng nhất cho công nghiệp tổng hợp hóa học. Metanol cháy hoàn
toàn và không gây ô nhiễm môi trường, do đó nó được coi là một loại
nhiên liệu lý tưởng trong lónh vực năng lượng.
2.3.1 Sử dụng làm nguyên liệu cho tổng hợp hóa học:
Metanol được sử dụng với một lượng lớn trong
tổng hợp hóa học, hiện nay có khoảng 70% sản

lượng trên toàn thế giới dùng để sản xuất các
hợp chất quan trọng như: Formaldehyde, dimetyltere
phtalat, MTBE, axit axetic, metyl mecrylat, … và chỉ một
lượng nhỏ dùng làm nguyên liệu. Trong các hợp
chất đó thì Formaldehyde là sản phẩm quan trọng
nhất

được

tổng

hợp

từ

Metanol.

Khoảng

40%

Metanol trên thế giới được dùng để tổng hợp
Formaldehyde với tỷ lệ gia tăng đạt 30%. Các phương


pháp tiến hành đều dựa trên quá trình oxy hóa
Metanol bằng không khí. Chúng chỉ khác nhau chủ
yếu là nhiệt độ và bản chất của xúc tác sử
dụng.
Sau cuộc khủng hoảng dầu mỏ trên thế giới

vào đầu những năm 1970, người ta đã tập trung
vào việc tìm kiếm nguồn nhiên liệu thay thế, trong
đó nguồn nhiên liệu từ khí tổng hợp và Metanol
được quan tâm đặc biệt.

Ngoài ra, Metanol được dùng để tổng hợp một lượng lớn các hợp
chất khác nhau như: axit formic, metyl este của các axit hữu cơ và vô cơ,
…
2.3.2 Sử dụng trong lónh vực năng lượng:
Metanol là nguồn thay thế rất hứa hẹn cho
các sản phẩm dầu mỏ nên chúng trở nên quá
đắt để làm nhiên liệu. Có thể dùng Metanol để
pha vào xăng, vào nhiên liệu diesel, … nhằm làm
cải thiện một số tính chất của nhiên liệu.

2.3.3 Các ứng dụng khác:
Metanol có nhiệt độ đông đặc thấp và dễ tan trong nước nên sử
dụng trong các hệ thống làm lạnh cả ở dạng tinh khiết và hỗn hợp với
nước và glycol. Metanol còn dùng làm chất chống đông trong hệ thống
làm mát và đốt nóng.
Một số lượng lớn Metanol được sử dụng để bảo vệ các đường ống
dẫn khí thiên nhiên chống lại sự tạo thành khí hydrat ở nhiệt độ thấp, làm
tác nhân hấp thụ trong các thiết bò làm sạch khí để loại bỏ CO 2 và H2S ở
nhiệt độ thấp và làm dung môi cho các quá trình hóa học.


oxyt:

3. Chỉ tiêu của các nguyên liệu để sản xuất Formalin trên xúc tác
Nguyên liệu để sản xuất Formalin bao gồm Metanol kỹ thuật, nước

mềm và không khí sạch.
3.1 Metanol kỹ thuật:
Metanol kỹ thuật cần các yêu cầu sau:
• Nhiệt độ sôi khi chưng cất ở 760 mmHg

64 ÷ 64,70C

• Hàm lượng riêng

0,791

÷

0,792

g/cm3
• Hàm lượng H2O

≤ 0,1%

• Hàm lượng CH3OH

99 ÷ 99,5%

• Hàm lượng axit

≤ 0,003%

• Hàm lượng tổng andehyt và xeton

≤ 0,008%

• Hàm lượng lưu huỳnh

≤ 0,002%

3.2 Nước:
Trước khi sử dụng ta cần làm sạch nước và làm mềm nước.
3.3 Không khí:
Thành phần chủ yếu gồm 79% nitơ và 21% oxy,
ngoài ra còn có các tạp chất gây ngộ độc xúc
tác. Do đó trước khi sử dụng phải được làm sạch
các tạp chất.

Bảng 1: Bảng một số chỉ tiêu quan trọng của Metanol:
Thành phần
- Hàm lượng Metanol
: 99,85%
- Tỷ trọng d420
: 0,7928 g/Cm

Quy đònh
> 99,8
0,7928 g/cm3
10C
< 0,003W/t
< 0,001%

2.10-6 g/l
< 0,0001%
< 0,0001%
7,0
30 phút

- Khoảng nhiệt độ sôi cực đại
: 1 0C
- Hàm lượng axeton và axetaldehyt
: < 0,003W/t
- Hàm lượng etanol
: < 0,001%
- Hàm lượng hợp chất bay hơi của sắt
: 2.10-6 g/l
- Hàm lượng lưu huỳnh (S)
: <0,0001%
- Hàm lượng clo
: <0,0001%
- pH
: 7,0
- Thời gian khử màu tối thiểu( kiểm tra
KMnO4)
: 30 phút
II.

TÍNH CHẤT CỦA SẢN PHẨM – FORMALIN [1 – 620,624]
1. Tính chất vật lý
Formaldehyde có công thức hóa học là CH 2O

và

khối

lượng

phân

tử

là

33,03;

là

chất

khí

không màu, có mùi xốc, vò chua, độc, tác động
đến mắt, da và cổ họng, kích thích thần kinh ngay
cả khi với nồng độ nhỏ, nồng độ giới hạn để
phát hiện ra mùi của nó là 0,05 ÷ 1 ppm.
0

Formaldehyde hóa lỏng ở – 19,2 C, tỷ trọng của
3

lỏng là d = 0,8153 g/cm (ở 20
0

0

3

C) và d = 0,9172 g/cm (ở –

0

80 C). Nó đóng rắn ở – 118 C cho một dạng bột nhão
màu trắng. Ở trạng thái lỏng và khí, Formaldehyde


bò

polyme

hóa

ở

nhiệt

độ

lên

đến

0

80 C.

Khí

Formaldehyde không bò polyme hóa ở khoảng nhiệt
0

độ 80 ÷ 100 C và được xem như là một khí lý tưởng.

Bảng 2: Một số hằng số vật lý của Formaldehyde:
Hằng số vật lý
- Nhiệt tạo thành Formaldehyde ở
250C
: -115,9 ± 6,3KJ/mol
- Năng lượng Gibbs ở 250C
: -109,9 ± 0,4 KJ/mol
- Entropi ở 250C
: 218,8 3 KJ/mol
- Nhiệt cháy ở 250C
: 561,5 KJ/mol
- Nhiệt hóa hơi ở – 19,20C
: 23,32 KJ/mol
- Nhiệt dung riêng ở 250C
: 35,425 KJ/mol
- Nhiệt hòa tan ở 230C
 Trong nước
 Trong Metanol
 Trong 1 – propanol
 Trong 1 – butanol

Giá trò
- 115,9 ± 6,3 kJ/mol
- 109,9 ± 0,4 kJ/mol
218,8 + 0,4 kJ/mol
561,5 kJ/mol
23,32 kJ/mol
35,425 kJ/mol
62 kJ/mol
62,8 kJ/mol
59,5 kJ/mol
62,4 kJ/mol

Áp suất hơi của Formaldehyde lỏng đo được trong
0

0

khoảng - 109,4 C đến 22,3 C) có thể tích được tính
theo phương trình:

P(KPa) = 10 (5,0233 – 1429/T

+ 1,75lgT – 0,0063T)


Quá trình polyme hóa ở trạng thái lỏng cũng
như trạng thái khí đều bò ảnh hưởng bởi các yếu
tố như: áp suất, độ ẩm và một lượng nhỏ axit
formic. Khí Formaldehyde nhận được từ quá trình

hóa hơi para Formaldehyde (HCHO)n hoặc quá trình
polyme hóa của các phân tử cao hơn thì được αpoly-oxy metylen. Quá trình này đạt được từ 90 ÷ 100%
ở dạng tinh khiết và yêu cầu phải bảo quản ở 100
0

÷ 150 C nhằm ngăn cản quá trình trùng hợp. Quá
0

trình phân hủy hóa học không xảy ra dưới 400 C. Ở
0

nhiệt độ 400 C và cao hơn nữa thì khí Formaldehyde
bò phân huỷ với tốc độ khá nhanh tạo thành oxyt
cacbon và hydro.
Khí Formaldehyde dễ bắt cháy khi đưa nhiệt độ
0

mồi lửa tới 430 C, hỗn hợp của nó với không khí
là hợp chất gây nổ. Sự cháy thường xảy ra rất
mãnh liệt tại khoảng nồng độ Formaldehyde là 65 ÷
70% thể tích.
Ở nhiệt độ thấp, Formaldehyde lỏng là chất
có thể trộn lẫn với tất cả các dung môi không
phân cực như: toluen, ete, cloroform hoặc etyl axetat.
Tuy nhiên, khả năng hòa tan sẽ giảm đi khi tăng
nhiệt độ của quá trình. Quá trình bay hơi, trùng
hợp thường xảy ra ở nhiệt độ thường và chỉ để
lại một lượng nhỏ khí không tan.
Đối với các dung môi có cực như rượu, amin
hay

axit

hoặc

là

làm

xúc

tác

cho

quá

trình


polyme hóa của Formaldehyde, hoặc là phản ứng
với nó để tạo thành hợp chất methylol hay dẫn
xuất của metylen.

Dạng dung dòch của Formaldehyde:
Dung

dòch

của

Formaldehyde

lỏng

trong

axetaldehyde xem như là một dung dòch lý tưởng.
Formaldehyde lỏng có thể trộn lẫn được với dầu
mỏ.
Ở nhiệt độ phòng, trong dung dòch nước tinh
khiết, Formaldehyde tồn tại ở dạng metylen glycol
HOCH2OH và các oligome của nó là các polyoxy
metylen glycol phân tử thấp có cấu trúc: HO(CH 2O)nH
(n = 1 ÷ 8). Vì vậy Formaldehyde khó bốc mùi ở điều
kiện thường. Ở dạng đơn phân tử, Formaldehyde chỉ
tồn tại trong dung dòch với nồng độ thấp, nhỏ hơn
1% trọng lượng.
Với xúc tác là axit, cân bằng phản ứng dòch
chuyển sang bên phải ở nhiệt độ thấp hoặc nồng
độ

Formaldehyde

cao;

cân

bằng

phản

ứng

dòch

chuyển sang trái khi hệ thống được đun nóng hoặc
với nồng độ Formaldehyde loãng.
Formaldehyde tan trong nước là phản ứng tỏa
nhiệt, nhiệt hòa tan là 62 kJ/mol, thực sự không
phụ thuộc vào nồng độ hòa tan. Rõ ràng, dung
dòch không màu của Formaldehyde trong nước có
thể tồn tại tại nồng độ Formaldehyde lên tới 95%