ĐỒ án CÔNG NGHỆ123456789

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU
KHOA HOÁ HỌC & CNTP

ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ PHẢN ỨNG
TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT MTBE VỚI NĂNG
SUẤT 50.000 TẤN/NĂM
Trình độ đào tạo: Đại học
Hệ đào tạo: Chính quy
Ngành:

Công nghệ kỹ thuật hoá học

Chuyên ngành:

Hoá dầu

Khoá học:

2013-2017

GVHD:

TS. Nguyễn Hồng Vinh

SVTH:

Huỳnh Quốc Cường
Nguyễn Công Danh

Bà Rịa-Vũng Tàu, tháng 09 năm 2016


ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ
Họ và Tên Sinh viên:
Chuyên ngành:
Ngày nhận:

Huỳnh Quốc Cường
Hoá dầu
Ngày nộp:

Lớp: DH13H2
Khoá:2013-2017
Ngày bảo vệ:

1. Tên đề tài:

Tính toán và thiết kế hệ thống thiết bị trong dây chuyền sản xuất MTBE đi từ isobutan với năng suất 50.000 tấn/năm
2. Các số liệu ban đầu:
 Thiết bị phản ứng ống chùm, sử dụng xúc tác chứa nhựa trao đổi ion
 Thành phần nguyên liệu ban đầu gồm có(% thể tích)
 Iso-Butan
90%
 N-Butan
6%
 C3H8
3%
 N-C4H8
0.5%

+
 C5
0.495%
 Các chất khác
0.005%
 Nguyên liệu Metanol kỹ thuật với thành phần:
 Metanol 99.9% khối lượng
 Nước 0.1% khối lượng
3. Nhiệm vụ của sinh viên:
 Tổng quan
 Cơ sở lý thuyết về MTBE
 Các nguyên lý của quá trình tổng hợp MTBE
 Dây chuyền công nghệ và thuyết minh dây chuyền công nghệ
 Tính toán thiết bị chính
 Tính cân bằng vật chất
 Tính cân bằng nhiệt cho thiết bị chính
 Tính kích thước của thiết bị phản ứng
 An toàn lao động
 Bản vẽ

Yêu cầu: Vẽ sơ đồ công nghệ sản xuất MTBE dùng xúc tác nhựa trao đổi ion và thiết bị
phản ứng ống chùm
Vũng Tàu, ngày 19 tháng 11 năm 2016
TRƯỞNG BỘ MÔN
(Ký và Họ Tên)

GV HƯỚNG DẪN
(Ký và Họ Tên)

LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành gửi cảm ơn đến quý Thầy Cô của khoa Hoá học & CNTP
trường Đại học Bà Rịa-Vũng Tàu, TS Nguyễn Hồng Vinh - người trực tiếp hướng dẫn để
hoàn thành Báo cáo đồ án Công Nghệ Hoá Học và cùng toàn thể bạn bè, người thân của
tôi đã tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong quá trình thực hiện đồ án này.
Trong quá trình thực hiện đồ án Công nghệ hoá học, trong quá trình thực hiện
không thể không có sai sót, kính mong Thầy Cô cùng toàn thể các bạn đọc và góp thêm ý
kiến để tôi hoàn thành đồ án này tốt nhất và rút kinh nghiệm cho các công tác báo cáo
sau. Tôi xin chân thành cảm ơn
Vũng Tàu, ngày 19 tháng 09 năm 2016
Sinh viên/học sinh thực hiện


MỞ ĐẦU
Với những hành trang kiến thức được học tập và rèn luyện tại trường từ các bài
giảng của Thầy Cô sẽ không đủ nếu không có quá trình thực hiện ứng dụng những kiến
thức đã học vào hoàn thành một tính toán thiết kế riêng của các sinh viên về một quá trình
công nghệ thì thật sự là một thiếu sót qua quá trình ứng dụng và giúp HSSV nắm rỏ hơn
về các quá trình từ các thiết bị được xây dựng tính toán và thiết kế như thế nào để đáp ứng
được về năng suất cũng như chất lượng yêu cầu.
Qua quá trình tìm hiểu tính toán đồ án Công nghệ Hoá học này mang lại cho tôi
một nền tảng kiến thức và hiểu rỏ hơn những gì được học và có thể áp dụng vào để tính
toán và thiết kế được một quy trình công nghệ nói chung và tính toán xây dựng lựa chọn
vật liệu thiết bị nói riêng ở đây cụ thể là quy trình sản xuất MTBE đi từ iso-butan.
Việc tính toán thiết kế quy trình sản xuất MTBE đi từ iso-butan cung cấp cho tôi
những nội dung sau:
 Tổng quan về hợp chất MTBE
 Các quy trình công nghệ sản xuất MTBE
 Cách tính toán thiết bị phản ứng, lựa chọn vật liệu để thiết kế

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Sổ tay QTTB:
MTBE:
ON:

Sổ tay quá trình thiết bị
Metyl tert butyl ete
Chỉ số octan

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH

5


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
I.

CƠ SƠ LÝ THUYẾT:
Metyl tert butyl ete (MTBE) là hợp chất được tạo thành do phản ứng ete hoá giữa

iso-buten và metanol là hợp chất chứa oxy có công thức cấu tạo:

CH3
CH3 - O - C - CH3
CH3

MTBE là hợp chất có khả năng cháy chống kích nổ, được pha vào xăng để làm
tăng chỉ số octan và giảm ô nhiễm môi trường( thay thế phụ gia chì)1. MTBE cũng là hợp
chất trung gian quan trọng trong hoá dầu, có có thể phân huỷ tạo thành olefin có độ tinh
khiết cao.
1.
Tính chất :
1.1. Tính chất lý học:
MTBE là chất lỏng không màu, linh động, độ nhớt thấp, dễ cháy, tan vô hạn trong
các dung môi hữu cơ và hydrocacbon.
Bảng 1: Tính chất vật lý của MTBE
Khối lượng phân tử, M
Nhiệt độ sôi,t0s
Sức căng bề mặt
Nhiệt dung riêng ( 200C)
Nhiệt hoá hơi
Nhiệt cháy
Điểm bốc cháy cháy
Giới hạn nổ với không khí
Nhiệt độ tới hạn
Nhiệt độ tự bốc cháy
Độ nhớt (g/s.cm)
Tỷ trọng
Độ tan của MTBE trong nước

88. 15
55. 30C
20 mN/Kg. độ
2. 18KJ/Kg. độ
337KJ/ Kg
-34. 88 mJ/ Kg

- 280C
1. 65-8. 4 % V
2240C
4600C
0,003-:- 0, 004
0,74044-:- 0, 7478
48%

1 MTBE có nhiều ưu điểm hơn so với phụ gia Pb ở chỗ MTBE vừa có tác dụng nâng cao trị số ON của xăng vừa làm
tăng khả năng cháy hoàn toàn của nhiên liệu, do đó giảm khí thải gây ô nhiễm( khí CO ), tan tốt trong nhiên liệu…

6


- 1090C
3, 1
3. 43MPa

Nhiệt độ kết tinh
Tỷ trọng bay hơi tương đối
áp suất tới hạn

Tỷ trọng, áp suất hơi và độ hoà tan trong nước của MTBE theo nhiệt độ được cho
trong bảng sau:
Bảng 2: Tỷ trọng, áp suất hơi bão hoà và độ hoà tan trong nước của MTBE
Nhiệt độ
o
C
0
10

12
15
20
30
40

Áp suất
KPa
10,8
17,4
26,8
40,6
60,5

Độ hoà tan
Nước trong
MTBE, %KL

MTBE trong
nước, % KL

1,19
1,22
1,28
1,36
1,47

7,3
5,0
3,3

2,2
1,5

Tỷ trọng
G/cm2
0,7613
0,7510
0,7489
0,7458
0,7407
0,7304
-

Bảng 3: Hỗn hợp đẳng phí của MTBE với nước và metanol
Ts,o C

Hỗn hợp đẳng phí
MTBE - nước
MTBE - Metanol
MTBE - Metanol (1,0MPa)
MTBE - Metanol (2,5MPa)

52,6
51,6
130
175

Hàm lượng
MTBE, %KL
96

86
68
54

1.2. Tính chất hoá học:
MTBE khá ổn định dưới điều kiện axit yếu, môi trường kiềm hoặc trung tính, trong
môi trường axit mạnh có cân bằng như sau:
(CH3)C-O-CH3 ↔ (CH3)2C=CH2 + CH3OH
Nguyên tử oxy O trong phân tử MTBE có một cặp điện tử không chia và các
nguyên tử gốc alkyl - CH3 và

- C(CH3)3 có hiệu ứng cảm ứng dương (+I ) đã tạo ra

cho MTBE mang đặc tính của một bazơ. Do đó MTBE tham gia các phản ứng hoá học
7


với các axit. Trong điều kiện phản ứng ở môi trường axit, MTBE gần như trơ với các tác
nhân khác như: buten, isobutylen, n-butan, isobutan.Điều này làm giảm các sản phẩm phụ
và tăng độ chọn lọc.
Tuy vậy do cân bằng có thể chuyển dịch sang phải tạo iso - butylen và metanol,
dẫn tới làm giảm độ chuyển hoá. Do đó ta phải lấy MTBE ra khái môi trường phản ứng
liên tục để cân bằng chuyển dịch sang trái. MTBE có đầy đủ tính chất hoá học của một ete
thông thường như: phản ứng với các axit vô cơ mạnh như HCl, H2SO4,…tạo muối. Phản
ứng với HI, phản ứng với O2 ( nên dễ gây nổ) ; tham gia phản ứng với halogen hoá với
Cl2, Br2 ở gốc H-C.
2.
ỨNG DỤNG:
 Ứng dụng làm phụ gia làm tăng chỉ số octan trong xăng nhiên liệu.2
 Đồng thời có tác dụng làm khởi động động cơ dễ dàng lúc nhiệt độ thấp và ngăn cản quá

trình tạo muội trong xilanh
 MTBE cũng được sử dụng làm nguyên liệu hoặc các hợp chất trung gian trong công
nghiệp tổng hợp hưũ cơ hoá dầu . MTBE bị bẻ gãy tạo Metanol . Ngoài ra MTBE còn
được làm nguyên liệu để sản xuất các hợp chất quan trọng khác nh Metacrolein ,
axitMetacrylic, dùng làm dung môi trong quá trình phân tích và làm dung môi triết
II.
CƠ SỞ HOÁ HỌC TỔNG HỢP MTBE
1. Phản ứng tổng hợp:
 Tổng hợp MTBE
MTBE được tổng hợp từ iso-buten trong phân đoạn C4 được tiến hành dựa vào
phản ứng thuận nghịch sau:
(CH3)2C=CH2 + CH3OH ↔ (CH3)3C-O-CH3
∆H0298 = -37 KJ/mol
Phản ứng toả nhiệt xảy ra trong pha lỏng ở nhiệt độ 50-850C, áp suất 0,7-1,5 Mpa,
với xúc tác là nhựa trao đổi cation, thiết bị phản ứng với lớp xúc tác cố định, thiết bị ống
chùm.
2- Khi thêm MTBE vào xăng sẽ làm giảm áp xuất hơi bão hoà của xăng do đó làm giảm tính bay hơi đồng thời khi
cháy
-Tạo ít CO giảm hàm lượng Hydrocacbon không cháy hết

8


Bộ tách MTBE có một tháp chưng cất. Do hydrocacbon C4 tạo hỗn hợp đẳng phí
với metanol có nhiệt độ sôi thấp hơn hỗn đẳng phí của metanol với MTBE, nên trong tháp
chưng MTBE thu được ở đáy tháp , metanol và C4 chưa phản ứng thu được ở đỉnh tháp
Hỗn hợp metanol và C4 chưa phản ứng được rửa nước để tách metanol, sau đó
được đưa sang tháp chưng phân đoạn để tách hỗn hợp nước/metanol. Metanol chưa phản
ứng được tuần hoàn trở lại thiết bị phản ứng
 Cracking MTBE

Quá trình dựa trên phản ứng thu nhiệt sau:
(CH3)3C-O-CH3 ↔ (CH3)2C=CH2 + CH3OH
Phản ứng trên tiến hành trong pha khí ở nhiệt độ 150-3000C (nhiệt độ tối ưu là
2750C), áp suất càng thấp càng tốt nhưng phải đủ để thu hồi isobuten trong pha lỏng bằng
cách làm lạnh với nước (áp suất thường dùng là 0,6 MPa). Để tránh phản ứng phụ dehyrat
hoá, quá trình thường được tiến hành với sự có mặt của hơi nước với tỉ lệ mol H2O/MTBE
ở đầu vào của thiết bị phản ứng là 5/1.3. Phản ứng xảy ra với sự có mặt của xúc tác
acid( nhựa trao đổi cation hoặc acid polyphosphoric).
Độ chuyển hoá của cao 95-98%, độ chọn lọc đạt 99,9% đối với iso-buten và 94%
đối với metanol.
Sản phẩm phụ của quá trình cracking MTBE là dimetyl ete thu được do phản ứng
dehyrat hoá metanol, các dime và trime của isobuten và t-butyl alcol thu được do phản
ứng polyme hoá và hydrat hoá isobuten.
2. Cơ chế của phản ứng:
Phản ứng tổng hợp MTBE là phản ứng thuận nghịch, xúc tác acid, cơ chế phản
ứng phụ thuộc vào môi trường phản ứng, điều này có nghĩa là phụ thuộc vào tỷ lệ:

Có thể xem là phản ứng xảy ra theo cơ chế cacbonion trong môi trường acid với sự
proton hoá iso buten trước:
3 Hơi nước làm giảm áp suất hơi riêng phần của các cấu tử và tạo sự thuận lợi cho cho sự hình thành iso-buten và
metanol

9


CH3
CH3
|
|
C = CH2 + H+

↔
C + - CH3
|
|
CH3
CH3
Sau đó ion cacbonion sẽ tương tác với metanol:
CH3
CH3
|
|
+
CH3– C + CH3OH ↔ CH3 - C - O+ - CH3 (2)
|
|
|
CH3
CH3
H
Và cuối cung là quá trình tạo sản phẩm và hoàn nguyên xúc tác:
CH3
|
CH3 - C - O+ - CH3
|
|
CH3 H

CH3
|
↔ CH3 - C - O - CH3 + H+

|
CH3

3. Xúc tác cho quá trình:
Cho đến nay các xúc tác cho tổng hợp MTBE đều có độ chọn lọc rất cao 95-100%,
tuy nhiên độ chuyển hoá lại không cao. Độ hoạt tính xúc tác lại được quyết định bởi số
lượng các tâm hoạt tính, chính xác là các tâm axit trên xúc tác . Do vậy ảnh hưởng đến
hoạt tính của xúc tác là độ axit của xúc tác , sự phân tán các tâm axit tên bề mặt xúc tác.
Một yếu tố quan trọng nữa có ảnh hưởng đến độ hoạt tính và độ chọn lọc của xúc
tác đó là đường kính của các mao quản tên xúc tác. Đường kính mao quản phải đủ lớn để
cho cac phân tử Metanol, isobuten, MTBE chui vào và ra được. Nhưng nếu các lỗ mao
quản có đường kính lớn quá sẽ làm giảm hoạt tính xúc tác đồng thời cũng làm giảm độ
chọn lọc của xúc tác.
Quá trình tổng hợp MTBE hiện nay người ta, thường sử dụng xúc tác là nhựa trao
đổi cation, trong thiết bị phản ứng với lớp xúc tác cố định trong ống chùm. Tuy nhiên
theo phương pháp này thường xảy ra quá trình dime hóa , polime hoá isobuten làm cho độ
chọn lọc tạo ra sản phẩm MTBE giảm đáng kể .

10


Những đổi mới gần đây đã đưa vào sử dụng với chất xúc tác Zeolit đặc biệt là
ZSM5 cho độ chọn lọc MTBE rất cao
III. CÔNG NGHỆ TỔNG HỢP MTBE
1. Sơ đồ khối của quá trình tổng hợp MTBE

Hình 1 Sơ đồ khối của quá trình tổng hợp MTBE
Sản xuất MTBE từ hỗn hợp khí C4 Raffinat-1 từ phân xưởng etylen và từ hỗn hợp
FCC-BB từ quá trình cracking xúc tác4
Đây là nguồn nguyên liệu truyền thống thường được sử dụng trong các xưởng sản

xuất MTBE trên thế giới. Vì vậy quá trình sản xuất đi từ hỗn hợp khí Raffinat-1 hoặc
FCC-BB là quá trình sản xuất MTBE phổ biến trước đây. Ưu điểm của nó là giá thành sản
xuất rẻ, do nguyên liệu là có sẵn giá thành sản phẩm rẻ vì nguyên liệu là các sản phẩm thứ
yếu của các quá trình lọc dầu và có thể sử dụng trực tiếp để sản xuất MTBE. Tuy vậy do
sự hạn chế về số lượng nguyên liệu mà phương pháp này đang dần bị thay thế.

4 Isobuten từ FCC hoặc Steam Cracking thì nguồn nguyên liệu bị hạn chế do lượng iso buten chứa trong phân đoạn
C4 thấp. Chỉ sử dụng ở quy mô nhỏ

11


Sơ đồ công nghệ của hãng Snamprogetti (Mỹ)

Hình 2 Sơ đồ công nghệ của hãng Snamprogetti
Trong đó:
1. Thiết bị phản ứng ống chùm
2. Thiết bị phản ứng đoạn nhiệt
3. Tháp tách MTBE

4. Tháp hấp thụ Metanol
5. Tháp tách Metanol

6. Sơ đồ này sử dụng nguyên liệu là hỗn hợp C4 từ quá trình Cracking hơi nước.

Dòng nguyên liệu ban đầu gồm Metanol và hỗn hợp C4 giàu isobuten, được đi qua thiết bị
phản ứng ống chùm (1) thực hiện phản ứng đẳng nhiệt, sau đó tiếp tục cho phản ứng ở
thiết bị (2) là thiết bị phản ứng đoạn nhiệt. Sản phẩm sau khí phản ứng ở thiết bị đoạn
nhiệt (2) được dẫn vào tháp phân tách (3).MTBE được lấy ra ỏ đáy thiết bị phân tách (3)
còn lại lượng Metanol và C4 chưa phản ứng được lấy ra ở đỉnh tháp và được đưa vào tháp

hấp thụ (4) để hấp thụ lại lượng Metanol chưa phản ứng bằng nước và lượng Metanol
chưa phản ứng được lấy ra ở đáy tháp (4) tiếp tục được đưa qua tháp phân tách Metanol
và nước(5) để tách Metanol để tuần hoàn lại làm nguyên liệu ban đầu bằng. Còn lượng C 4
chưa phản ứng được lấy ra ở đỉnh của tháp hấp thụ (4). Xúc tác được bố trí sau cho việc
điều khiển nhiệt trong thiết bị là dễ dàng nhất và độ chuyển hoá xấp xỉ bằng 100%

12


2.1.

Công nghệ CD-Tech:
7.

8.

Hình 3 Công nghệ CD-Tech

9.
10. Trong đó:
1.
2.
3.
4.

Thiết bị phản ứng với lớp xúc tách cố định
Thiết bị phản ứng, chưng tách với xúc tác
Tháp hấp thụ metanol
Tháp chưng tách Metanol-Nước

13


11.

Công nghệ này có thể sử dụng hỗn hợp C4 hoặc isobuten từ quá trình

dehydro hoá isobutan. Công nghệ CD-Tech sử dụng 2 thiết bị phản ứng, thiết bị (1) là
thiết bị phản ứng đoạn nhiệt, thiết bị thứ (2) là thiết bị phản ứng chưng tách 5, người ta vừa
bố trí những khoảng để thực hiện chức năng phân tách vừa có những khoảng chứa xúc tác
để thực hiện chức năng phản ứng nhằm tăng sự chuyển hoá, tháp (3) là tháp dùng để tách
C4 chưa phản ứng khỏi metanol và tháp (4) là tháp tách Metanol –Nước, công nghệ này
cho ta độ chuyển hoá 99,9%, nhiệt mang vào cột chưng tách được tiết kiệm nhờ nhiệt từ
thiết bị phản ứng thứ nhất

5 Trong thiết bị này vừa thực hiện chức năng phản ứng vừa có phần chưng tách sản phẩm

14


2.2.

Công nghệ Ethermax của hãng UOP
12.

13.

Hình 4 Công nghệ Ethermax của hãng UOP

14.

15. Trong đó:
1.

Thiết bị phản ứng

2.

15

Tháp chưng cất


3.
4.
I.

Tháp rửa khí bằng nước
Tháp chưng tách MeOH-Nước
Isobuten

5.

Về bản chất công nghệ này cũng giống với các công nghệ khác

II.
III.
IV.

Metanol
MTBE

Rafinat C4

6. Sản xuất MTBE từ Tert-Butyl Alcohol( TBA)
7.
Đây là quá trình sản xuất MTBE đi từ nguyên liệu iso buten của quá trình
đề hyđrat hoá TBA. TBA thu được là đồng sản phẩm trong quá trình sản xuất propylen
oxit.6
8. Sơ đồ quá trình:
9.

10.

Hình 5 Sơ đồ sản xuất MTBE từ TBA

6 Không thuận lợi phải kết hợp nhiều phân xưởng với nhau để sản xuất được MTBE

16


11.

12.

Hình 6 Sản xuất MTBE của hãng Texaco từ TBA

17


13. Sản xuất MTBE từ khí butan từ mỏ khí7
14.

Đây là xu hướng sản xuất mới sử dụng nguyên liệu là phần butan tách từ
khí tự nhiên với trữ lượng lớn
15.
Quá trình bao gồm 3 giai đoạn:

16.
17.

18.

Hình 7 Sản xuất MTBE từ khí butan( mỏ khí)

Isome hoá khí mỏ n-butan tạo thành isobutan, quá trình isome hoá xảy ra ở

nhiệt độ thấp (150-2000C) và áp suất là 200-400 Psi trong pha hơi. Xúc tác cho quá trình
là Pt hoặc Al2O3 hoặc Pt/ Al2O3 có tẩm một lượng hợp chất hữu cơ, dẫn xuất clo.
19. Quá trình STAR với thiết bị phản ứng dạng lò, quá trình này đạt gần đến thực

hiện đẳng nhiệt và do đó tăng độ chọn lọc, xúc tác là kim loại quý

20.
21.

22.

Hình 8 Sơ đồ sản xuất Star

Quá trình FBD-4 sử dụng xúc tác Crom oxit ở dạng bột, quá trình này thực

hiện liên tục, xúc tác được tái sinh liên tục.

7 Iso buten ngày nay thường được sản xuất từ mỏ butan. Nguyên liệu dồi dào. Dù yêu cầu phải tốn kém hơn về mặt
kinh tế.

18


23.

Quá trình ete hoá isobuten thành MTBE: quá trình này được tiến hành ở

to=40-90oC và áp suất từ 7-29 at, xúc tác là nhựa trao đổi ion. Phản ứng thực hiện trong
qua lỏng.
IV.

SO SÁNH LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ:
24.
MTBE được tổng hợp từ TBA hoặc tổng hợp từ isobutylen với metanol

( đây là hai phương pháp chính trong công nghiệp)
25.
Có thể thấy rằng việc sử dụng các công nghệ, sử dụng nguồn khí isoButan
trực tiếp từ khí Cracking hơi nước , sử dụng nguyên liệu FCC - BB để sản xuất MTBE chỉ
áp dụng với qui mô sản xuất nhỏ do nguồn nguyên liệu bị hạn chế . Công nghệ sản xuất
MTBE từ các nguyên liệu khác nhau có thể thấy ở dưới bảng sau :
26.

Bảng 4: So sánh về công suất sản xuất MTBE từ các nguồn nguyên liệu
27. Nguồn

nguyên liệu

28.
30.

Khí butan mỏ
Khí cracking hơi nước
Khí cracking xúc tác
Nguyên liệu từ xưởng
PO/TBA

800.
000
37. 100.
000
38. 80.0
00
39. 100.
000

32.
33.
34.
35.

1000
tấn/n
ăm

36.

Công suất
Thù
ng/
ngà
y
40. 20.
000
41. 2.5
00
42. 2.0
00
43. 25.
000

31.

44.
45.

Từ hỗn hợp khí C4 Raffinat-1 từ phân xưởng etylen và từ hỗn hợp FCC-BB

từ quá trình cracking xúc tác, isobuten từ FCC hoặc Steam Cracking thì nguồn nguyên
liệu bị hạn chế do lượng iso buten chứa trong phân đoạn C4 thấp. Chỉ sử dụng ở quy mô
nhỏ
46.

TBA :Không thuận lợi phải kết hợp nhiều phân xưởng với nhau để sản xuất được

MTBE

19


47.

Từ khí butan từ mỏ khí isobuten ngày nay thường được sản xuất từ mỏ khí. vì

nguyên liệu dồi dào, nhưng yêu cầu về vấn đề chi phí sản xuất, bù lại cho công suất lớn
gấp nhiều lần so với các công nghệ khác( hãng UOP với công nghệ Ethermax…) với công
nghệ hoạt động liên tục với xúc tác có hoạt tính cao.

20


48. CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ
 TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CỦA QUÁ TRÌNH

I. TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT
Dây chuyền sản xuất MTBE từ nguyên liệu là Isobutan với công suất

49.

50.000 tấn/năm.
50.
Dây chuyền sản xuất 24h/ngày và một năm làm việc 330 ngày còn 35 ngày
nghỉ để sữa chữa, bảo dưỡng định kỳ.
 Các chỉ tiêu sản xuất:
51.
Năng suất MTBE: 50.000 tấn/năm.

52.
Năng suất dây chuyền sản xuất tính theo một giờ (kg/h) là:
53.

N=

50.000.000
= 6313.131
330.24
(kg/h)

54. Trong quá trình sản xuất do tổn thất một lượng MTBE là 2% cho nên lượng

MTBE bị tổn thất là : (kg/h)
55.
56.

NTT = 6313.131* 0, 02 = 126, 263( kg / h)

Tính năng suất thực tế của dây chuyền là:
57.

NTt = N + NTT = 6313,131 + 126, 263 = 6439,394( kg / h)

58. Tính theo kmol/h:

59.

NTt =

NTt
6439, 394
=
= 73,175(kg / h)
M MTBE
88

 Nồng độ sản phẩm:
 MTBE chiếm 99%(khối lượng)
 Metanol chiếm 0,5%
 Còn lại là dime của isobutylen, rượu, TBA, nước…
 Thành phần nguyên liệu
60.
Nguyên liệu khí isobutan tiêu chuẩn được cho ở bảng sau:

61.
62.

Bảng 5: Nguyên liệu khí isobutan tiêu chuẩn
63.
65.

Thành phần
Iso btan

64.
73.

%V
90

66.
Propan
67.
Tổng buten
68.
N -butan
69.
C5+
70.
Các chất khác
71.
H2S và

Mercaptan
72.
H20 và kiềm

3
0,5
6
0,49

74.
75.
76.
77.

5

0.00

78.

5
0,00

79.

5
80.

0

81.
82. Metanol nguyên liệu là methanol thương phẩm với thành phần như sau:
83.
84.
85.
86.
87.

Metanol : 99,9% khối lượng
Nước
:≈ 0,1%
Tổng aceton và aldehyd : < 30mg/kg
Tổng acid : < 30mg/kg
Phần cặn : < 10mg/kg

1. Tính cân bằng vật chất:

88. Quá trình sản xuất MTBE gồm 2 giai đoạn:
 Giai đoạn dehydro hoá isobutan
 Giai đoạn tổng hợp MTBE
 Giai đoạn tổng hợp MTBE:
89.
Cân bằng: ∑ khối lượng vào = ∑ khối lượng ra
 Các dòng khối lượng đi vào phần tổng hợp MTBE gồm có :
90. + Hỗn hợp C4 lỏng đi từ phần đề hydro hóa :
91. + Dòng nguyên liệu Metanol:

G1, kg/h

GMeOH, kg/h

 Các dòng sản phẩm đi ra khỏi phần Tổng hợp MTBE gồm có:
92. + Hỗn hợp C4 chưa phản ứng
93. + Sản phẩm MTBE

: GC4, chưa phản ứng , kg/h
: GMTBE ,kg/h

94. + Lượng H2O do trong nguyên liệu chứa 0,1%
95. + Tổn thất, kg/h
96.

Ở đây để đơn giản ta coi rằng trong quá trình hấp thụ Metanol và quá trình

chưng tách thu hồi Metanol và nước , lượng H2O sử dụng không bị mất mát và được tuần

hoàn lại cho quá trình hấp thụ methanol và lượng H2O lấy ra bằng lượng nước đưa vào
dây chuyền do có ở trong nguyên liệu Metanol và bằng GH2O ,kg/h.
97. Tính toán các khối lượng G1, GMeOH, GC4 chưa phản ứng, GMTBE như sau:

+ Khối lượng sản phẩm MTBE đi ra phải là năng suất quy định của toàn

98.

dây chuyền sản xuất và bằng 6439,394 ( kg/h).
99. Vậy:

GMTBE = 6439,394 ( kg/h)

100.

+ Ở giai đoạn tổng hợp, phản ứng tổng hợp như sau:

101.

Iso-buten + MeOH

102.

Đây là phản ứng thuận nghịch, tuy vậy khi qua tháp phản ứng chưng cất

↔

MTBE

(tháp CD) theo công nghệ CD Tech thì độ chuyển hóa chung đạt 99%, độ chọn lọc đạt

100% (tính theo iso buten).
103.

Vậy để tạo ra MTBE đạt năng suất yêu cầu là 73,175 kmol/h thì lượng iso

buten cần tạo ra từ phần đề hyđro hóa để tiêu thụ cho phản ứng tổng hợp là:
104.

H=

NTt
= 73,914( kmol / h)
0.99

105.

(0,99 là độ chuyển hóa của phản ứng tổng hợp theo iso buten)

106.

Ở đây đơn giản trong tính toán ta coi độ chọn lọc MTBE đạt 100% và iso

buten không tiêu thụ cho phản ứng phụ tạo ra TBA và isobuten.
 Vậy GIB =73,914 . 56 = 4139,184 kg/h (MIB = 56)
107.

Khối lượng Metanol đưa vào thiết bị phản ứng MTBE theo tỉ lệ:

108.

Metanol
=
iso buten 1,1 (tỉ lệ mol).

109.

Vậy lượng Metanol đưa vào là:

110.

73,914 . 1,1 = 81,305 (kmol/h)

111.

Hay lượng Metanol cần dùng là: 81,305*32=2601,76 (kg/h)
112.

113.

GMeOH = GMeOH mới (99%) đưa vào +GMeOH tuần hoàn

Trong đó:
114.

GMetanol tuần hoàn = GMeOH sau phản ứng – GMeOH trong MTBE


115.
116.

GMeOH sau phản ứng = GMeOH mới đưa vào-GMeOH tiêu thụ sau phản ứng

Lượng Metanol tiêu hao cho phản ứng cũng bằng số kmol MTBE tạo ra

(theo phản ứng tổng hợp) bằng 73,175( kmol/h).
117.

Vậy lượng Metanol còn lại sau phản ứng là:
118.

GMeOH sau phản ứng = 81,305 -73,175 = 8,13 (kmol/h)

119.

Hay:

=8,13* 32 = 260,16 ( kg/h).

120.

Ta coi các sản phẩm phụ khác trong MTBE sản phẩm chỉ gồm có Metanol

và không chứa IB, TBA...Lượng MeOH còn lại trong sản phẩm MTBE chiếm
1% khối lượng tức là bằng: 0,01* 6439,394 = 64,394( kg/h).
121.

Coi rằng Metanol được thu hồi theo dòng sản phẩm chính ra khỏi tháp phản

ứng 2 là 100%.
122.

Như vậy lượng Metanol tuần hoàn là:

123.

GMeOH tuần hoàn = 260,16 – 64,394 = 195,766( kg/h).

124.

Lượng Metanol (100% ) mới cần đưa vào là:

125.

GMeOH mới đưa vào = 2601,76 – 195,766 = 2405,994( kg/h).

126.

Lượng Metanol (99,9%) mới cần đưa vào dây chuyền là:

GMeOH =
127.

2405,994
= 2408,402(kg/h)
0,999

128.

Vậy lượng nước đưa vào dây chuyền là:

129.

GH2O = 2408,402 – 2405,994 = 2,408( kg/h).

130.

Cân bằng ta có:

131.

G1 + GMeOH (99,9%) = GC4 chưa phản ứng + GMTBE + GMeOH trong MTBE + GH2O +Gtt

132.

Để tính G1 và GC4 chưa phản ứng ta tính cân bằng vật chất cho giai đoạn đề hyđro

hóa.
 Cân bằng vật chất giai đoạn đề hyđro hóa:
133.

Khi cân bằng: Σ khối lượng vào = Σ khối lượng ra.

134.

Các dòng vật chất đi vào phần đề hyđro hóa gồm:

135.

+ Hỗn hợp C4 lỏng iso butan nguyên liệu: Giso-C4H10 , kg/h

136.

Các dòng vật chất đi ra gồm:

137.

+ Hỗn hợp lỏng C4 sản phẩm có chứa iso-buten: Giso-C4H8 , kg/h

138.

+ Hỗn hợp khí thải giàu H2: Gkhí thải , kg/h

139.

+Tổn thất, kg/h

140.

Vậy cân bằng ta có:

141.

Giso-C4H10 nguyên liệu = Giso-C4H8 sản phẩm + Gkhí thải + Gtt

 Tính toán các thông số sau :
 Giso-C4H10 nguyên liệu :
142.

Ta có phản ứng:

143.

144.

iso-C4H10→ iso-C4H8 + H2 (*)

Lượng iso-C4H8 cần tạo ra ở giai đoạn đề hyđro hóa để tổng hợp được

6439,394( kg /h) MTBE như ta đã tính: 73,914 (kmol/h).
145.

Phản ứng đề hyđro hóa (*) thực hiện trong dây chuyền đạt độ chuyển hóa

40% tính theo iso-butan, và độ chọn lọc của isobuten đạt 92% mol
146.

147.
148.

Như vậy lượng iso-C4H10 cần để đề hyđro hóa cần là:

Gisobu tan =

73,914
= 80,341
0,92
kmol/h.

Vì độ chuyển hóa của phương trình (*) đạt 40%, vậy lượng iso-C4H10

nguyên chất cần đưa vào dây chuyền là:
149.
150.

Gisobu tan =

80 ,341
= 200,853
0,4
kmol/h.

Trong đó 73,914(kmol/h) iso-C4H10 sẽ tiêu hao cho phản ứng chính (*) để

tạo ra 73,914 kmol/h iso-C4H8 và 80,341 – 73,914 = 6,427(kmol/h) sẽ tham gia
phản ứng phụ iso-C4H10.
151.
152.
153.
154.

Giả sử iso-C4H10 chỉ tham gia các phản ứng phụ cracking: