San Xuat Phenol Bang Con Dg Kiem Hoa 4336
-
Upload
tien-dung-nguyen -
Category
Documents
-
view
218 -
download
0
description
Transcript of San Xuat Phenol Bang Con Dg Kiem Hoa 4336
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp
Lêi më ®ÇuT¹i c¸c níc, c«ng nghiÖp ho¸ häc ®· ph¸t triÓn tõ l©u vµ nã
chiÕm mét vÞ trÝ quan träng trong nÒn kinh tÕ quèc d©n, nã lµ
mét ngµnh sèng cßn cho c¸c ngµnh kh¸c bëi v× nã t¹o ra nguån
nguyªn vËt liÖu cho c¸c ngµnh kh¸c ®i vµo s¶n xuÊt, vµ t¹o ra
mét gi¸ tri kinh tÕ rÊt lín. Cßn t¹i ViÖt Nam do yÕu tè lÞch sö nªn
c«ng nghiÖp hãa häc cßn l¹c hËu cha ph¸t triÓn c¶ vÒ sè lîng
lÉn chÊt lîng, gÇn ®©y chÝnh phñ ViÖt Nam ®· vµ ®ang ®Çu t,
®æi míi vÒ trang thiÕt bÞ lÉn con ngêi nh»m thóc ®Èy c«ng
nghiÖp hãa häc ph¸t triÓn, ®uæi kÞp c¸c níc trong khu vùc vµ
trªn thÕ giíi.
C¸c s¶n phÈm cña ngµnh c«ng nghiÖp ho¸ häc ngµy cµng
®a d¹ng, ®îc sö dông réng r·i trong c«ng nghiÖp vµ ®êi sèng
h»ng ngµy bëi nh÷ng u ®iÓm hÕt søc qói b¸u cña nã mµ khã cã
thÓ thay thÕ ®îc nh nhÑ, bÒn nhiÖt vµ c¬, h¬n n÷a gi¸ thµnh
s¶n xuÊt l¹i rÎ h¬n nhiÒu vµ nguån nguyªn liÖu l¹i dåi dµo h¬n
so víi c¸c vËt liÖu kh¸c.
Phenol lµ mét trong nh÷ng s¶n phÈm trung gian cã vai trß
quan träng trong ngµnh c«ng nghiÖp ho¸ häc. Tõ phenol chóng
ta cã thÓ s¶n xuÊt ®îc nhiÒu c¸c s¶n phÈm hãa häc cã gi¸ trÞ
kinh tÕ lín nh tæng hîp c¸c hîp chÊt cao ph©n tö (nhùa
formandehyt, sîi tæng hîp, capron, nilon). Ngoµi ra phenol cßn
dïng ®Ó s¶n xuÊt thuèc nhuém, c¸c lo¹i dîc phÈm, thuèc næ,
thuèc trõ s©u, s¶n xuÊt c¸c chÊt ho¹t ®éng bÒ mÆt, ®îc dïng
lµm chÊt tÈy trïng, tÈy ®éc. H¬n n÷a s¶n xuÊt tõ con ®êng
phenol cã hiÖu xuÊt cao h¬n, rÎ vÒ kinh tÕ vµ ®¬n gi¶n vÒ
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
0
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpmÆt c«ng nghÖ s¶n xuÊt. V× vËy viÖc nghiªn cøu qóa tr×nh
s¶n xuÊt phenol lµ mét vÊn ®Ò s¶n xuÊt hÕt søc quan träng.
Trong ®å ¸n tèt nghiÖp em ®îc giao nhËn vÒ ®Ò tµi lµ
“ThiÕt kÕ ph©n xëng s¶n xuÊt phenol b»ng con ®êng
kiÒm ho¸”. Mét trong nh÷ng ph¬ng ph¸p phæ biÕn mµ hiÖn
c¸c níc ®Òu ¸p dông ®Ó s¶n xuÊt phenol. §©y lµ mét ®Ò tµi
rÊt hay nhng còng rÊt khã kh¨n trong qóa tr×nh nghiªn cøu. V×
vËy em rÊt mong ®îc sù gióp ®ì cña c¸c thÇy c« trong bé m«n
C«ng NghÖ H÷u c¬ -Hãa dÇu trêng ®¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi,
®Æc biÖt lµ sù gióp ®ì cña thÇy §µo V¨n Têng cïng toµn thÓ c¸c
b¹n nh»m t¹o ®iÒu kiÖn cho b¶n ®å ¸n tèt nghiÖp ®îc hoµn
thiÖn h¬n.
PhÇn I: TæNG QUAN VÒ PHENOLPhenol hay cßn gäi lµ hydroxyl benzen, C6H5OH, lµ mét dÉn
xuÊt hydroxyl cña cacbon th¬m, ®îc t×m ra ®Çu tiªn vµo n¨m
1834 do nhµ ho¸ häc F.Runge, nã lµ chÊt c¬ së cña d·y c¸c
®ång ®¼ng cña c¸c chÊt víi nhãm hydroxyl liªn kÕt víi vßng
th¬m. Phenol mµ chóng ta thu ®îc lµ mét chÊt linh ®éng,
chóng ta còng cã thÓ thu ®îc phenol lµ c¸c s¶n phÈm trong tù
nhiªn vµ c¸c thùc thÓ sinh vËt. VÝ dô nh nã lµ thµnh phÇn cña
lignhin. Do vËy mµ nã cã thÓ t¹o ra b»ng qu¸ tr×nh thuû ph©n.
S¶n phÈm cña qu¸ tr×nh trao ®æi chÊt lµ tõ 40mg/l. C¸c hîp
chÊt cao h¬n n÷a t¹o thµnh trong qu¸ tr×nh chng than hoÆc
trong qóa tr×nh cacbon hãa gç ë nhiÖt ®é thÊp, than n©u,
hoÆc than cøng vµ trong qu¸ tr×nh chng cÊt dÇu má. §Çu tiªn
phenol ®îc t¸ch ra b»ng qóa tr×nh t¸ch tõ nhùa than ®¸ vµ sau
®ã ngêi ta kh«ng dïng ph¬ng ph¸p nµy khi nã mÊt m¸t t¨ng lªn
trong qóa tr×nh s¶n xuÊt. Ngµy nay c¸c ph¬ng ph¸p tæng hîp
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
1
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpdÔ h¬n nh theo con ®êng axÝt benzen vµ clobenzen, C¸c qu¸
tr×nh tiªn tiÕn h¬n ®Ó s¶n xuÊt phenol ®ã lµ qu¸ tr×nh Hook.
Nã b¾t ®Çu tõ Cumen.
Phenol thu ®îc cã vai trß ®¸ng kÓ trong c«ng nghiÖp ho¸
häc, nã chÝnh lµ vËt liÖu ban ®Çu ®Ó tæng hîp nhiÒu hîp chÊt
trung gian vµ c¸c s¶n phÈm cuèi cïng. Nã ®îc sö dông trong c¶
c«ng nghiÖp tæng hîp hãa chÊt vµ c«ng nghiÖp tæng hîp h÷u
c¬. Do ®ã s¶n lîng phenol ngµy cµng t¨ng ë c¸c níc vµ trªn thÕ
giíi. Chóng ta cã thÓ tham kh¶o b¶ng sè liÖu sau ®©y.
S¶n lîng phenol s¶n xuÊt trªn thÕ giíi theo c¸c ph¬ng ph¸p
s¶n xuÊt khÊc nhau ®îc tr×nh bµy ë b¶ng 1.
Ph¬ng ph¸p T©y ¢u MÜ NhË
t
Ch©u ¸ ThÕ
giíi
N¨m 197
3
197
8
198
9
197
4
198
9
197
7
198
5
198
9
198
9
N¨ng suÊt 1.1
4
1.48 1.4
5
1.2
5
1.9 0.2
8
0.4 0.6 5
PP Cumen(%) 87 88 93 87 98 100 99 96
PP Toluen(%) 8 10 7 2 2 3
Nh÷ng pp
kh¸c
(%)
2 9 2
Tõ nhùa than
®¸
3 2 2
C¸c môc ®Ých sö dông phenol trong c«ng nghiÖp ®îc ®a ra ë
b¶ng 2.
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
2
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp
Môc ®Ých sö
dông
T©y ¢u MÜ ThÕ
Giíi
NhËt
1973 1984 1974 1973 1989
Nhùa phenol 37 33 48 60 41
Caprolactam 22 25 15 21
Axit adipic 12 3
Bisphennol A 11 22 13 18 16
Anilin 2 9 3
C¸c s¶n phÈm
kh¸c
18 18 21 14 20
Lîng tiªu thô 0.954 1.04 0.211 4.45
Trong c«ng nghiÖp chÊt dÎo phenol lµ nguyªn liÖu ®Ó ®iÒu
chÕ nhùa phenol formandehit, bis phenol A ®Ó s¶n xuÊt nhùa
policacbonat vµ nhùa epoxy. Trong c«ng nghiÖp t¬ hãa häc tõ
phenol s¶n xuÊt capolactam vµ axit adipic lµ nguån nguyªn liÖu
®Ó tæng hîp sîi poly poliamit, s¶n xuÊt sîi tæng hîp capro vµ
nilon. Trong n«ng nghiÖp tõ phenol cã thÓ s¶n xuÊt ®îc thuèc
diÖt cá d¹i vµ kÝch thÝch sinh trëng cña thùc vËt. C¸c dÉn xuÊt
cña phenol nh fentaclophenol ®îc dïng trong b¶n gç, chÕ phÈm
cña thuèc s¸t trïng (chèng mèi vµ chèng mät). C¸c s¶n phÈm
nitro hãa ®îc dïng lµm thuèc næ (axit picric).
Phenol cßn ®îc øng dông ®Ó s¶n xuÊt dîc liÖu trªn c¬ së
s¶n xuÊt axit salisilic, aspirin.
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
3
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp
Ngoµi ra phenol cßn dïng lµm dung m«i ®Ó lµm s¹ch c¸c s¶n
phÈm dÇu, lµm s¹ch dÇu nhên khái c¸c hîp chÊt dÞ vßng, lµm
s¹ch axit sufuric trong qóa tr×nh s¶n xuÊt nhùa lactam, acrilic.
Do c¸c øng dông ®a d¹ng cña phenol rÊt ®a d¹ng trong
c«ng nghiÖp v× thÕ viÖc nghiªn cøu qóa tr×nh s¶n xuÊt phenol
lµ hÕt søc cÇn thiÕt.
Ch¬ng I:
C¸c tÝnh chÊt vËt lý vµ ho¸ häc cña
phenol
I. TÝnh chÊt vËt lý cña phenol
Phenol lµ mét hîp chÊt h÷u c¬ mµ cã mét nhãm - OH liªn
kÕt trùc tiÕp víi nguyªn tö c¸c bon cña vßng bezen.
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
4
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp
Phenol lµ mét chÊt r¾n, cã cÊu tróc lµ c¸c tinh thÓ h×nh
l¨ng trô, kh«ng cã mµu vµ cã ®Æc tÝnh lµ cã mïi h¬i h¨ng cay,
phªnol cã ®iÓm nãng ch¶y lµ 40,90C. ë tr¹ng th¸i hoµ tan, nã lµ
chÊt láng linh ®éng, kh«ng cã mµu vµ kh«ng cã vÈn ®ôc. ë
nhiÖt ®é kho¶ng 68.40C phenol cã thÓ hßa tan trong níc trong
mét giíi h¹n nhÊt ®Þnh vµ t¹i nhiÖt ®é ®ã nã cã thÓ hoµ tan lín
nhÊt. Khi ®Ó l©u phenol ngoµi kh«ng khÝ, phenol bÞ oxy hãa
mét phÇn nªn cã mµu hång vµ bÞ ch¶y r÷a do hÊp thô h¬i níc.
§iÓm kÕt tinh vµ ®iÓm nãng ch¶y cña phenol thÊp h¬n rÊt
nhiÒu so víi níc. Phenol cã nhiÖt ®é s«i lµ 1820C. Phenol hoµ tan
trong hÇu hÕt c¸c dung m«i h÷u c¬ nh lµ c¸c hîp chÊt th¬m, r-
îu, xetol, axit, ete nhng l¹i Ýt tan trong c¸c chÊt bÐo. Nãi chung
phenol lµ mét chÊt ®éc g©y báng nÆng khi r¬i vµo da.
Hçn hîp cña phenol vµ kho¶ng 10% khèi lîng cña níc ®îc gäi
lµ dung dÞch phenol, bëi v× nã tån t¹i ë tr¹ng th¸i láng t¹i nhiÖt
®é phßng. Cã thÓ nãi r»ng phenol lµ dung dÞch thùc nhÊt trong
c¸c dung dÞch h÷u c¬ (c¸c hydrocacbon th¬m, rîu, xªton, ªte,
axit, c¸c hîp chÊt halogenhydrocacbon..). Phenol t¹o thµnh hçn
hîp ®ång nhÊt víi níc vµ c¸c chÊt kh¸c, chóng ta cã thÓ tham
kh¶o b¶ng sè liÖu sau ®©y.
B¶ng 1. C¸c hçn hîp ®ång nhÊt t¹o thµnh do phenol.
CÊu tö thø
hai
¸p suÊt,
kPa
§iÓm s«i, 0C Thµnh phÇn
cña
phenol, %
Níc 101.3 94.5 9.21
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
5
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp
78.8
39.2
16.9
90.0
75.0
56.3
8.29
7.2
5.5
Isopropynbe
nzen
101.3 149 2
n-
Propynbenze
n
101.3 158.5 14
-
Metylstrylen
101.3 162 7
C¸c th«ng sè vËt lý vµ ho¸ häc cña phenol.
Khèi lîng ph©n tö 94.11
NhiÖt ®é s«i 181.75oC
NhiÖt ®é nãng ch¶y 40.9 oC
Tû träng t¬ng ®èi 0oC 1.092
20oC 1.071
50oC 1.050
Tû träng h¬i (kh«ng khÝ =1) 3.24
§é nhít t¬ng ®èi (®éng)
20oC 11.41
mPa.s
50oC 3.421
mPa.s
100oC 1.5 mPa.s
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
6
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp
150oC 0.67
mPa.s
NhiÖt ho¸ h¬i (182oC) 514 kj/kg
H»ng sè ph©n ly trong níc (20oC ) 1.2810-10
NhiÖt t¹o thµnh (20oC) 160 kj/kg
NhiÖt ch¸y -32.590
kj/kg
NhiÖt dung riªng 0oC 1.256 kjkg -
1k-1
20oC 1.394
kjkg-1k-1
50oC 2.244 kjkg-
1k-1
100oC 2.382
kjkg-1k-1
NhiÖt dung riªng (tr¹ng th¸i h¬i)
27oC 1.105 kjkg-1k-1
527oC 2.26 kjkg-1k-1
§iÓm chíp ch¸y
(DIN 51758) 81oC
Giíi h¹n thÊp nhÊt ch¸y næ trong kh«ng khÝ ë
101.3kPa
1.3%V(50g/cm3)
Nång ®é b·o hoµ trong kh«ng khÝ (20oC) 0.77
g/cm3
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
7
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp
NhiÖt ®é bèc ch¸y (DIN 51794) 5950C
NhiÖt ®é tù bèc ch¸y 7150C
§iÓm chíp ch¸y cña hçn hîp víi níc
1-4% níc kho¶ng >
820C
>4.5% níc >
1000C
§iÖn trë suÊt ( 450C ) >1.8 107
.m
Hçn hîp víi 5% níc 4.9 106 .m
¸p suÊt h¬i b·o hßa 200C 0.02 kPa
36.10C 0.1 kPa
48.50C 0.25 kPa
58.30C 0.5 kPa
690C 1 kPa
84.80C 2.5 kPa
98.70C 5 kPa
114.50C 10 kPa
137.30C 25 kPa
1580C 50 kPa
184.50C 100 kPa
207.50C 200 kPa
247.50C 500 kPa
2830C 1000 kPa
II . C¸c tÝnh chÊt ho¸ häc cña phenol.NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
8
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp
Trong ph©n tö phenol cã oxy sù liªn hîp (p-) cña electron
tù do cña nguyªn tö oxy víi c¸c electron cña vßng bezen khiÕn
cho liªn kÕt -O-H ph©n cùc h¬n so víi OH trong Alcol, ®©y lµ
nguyªn nh©n g©y ra tÝnh axit cña phenol. Do cã hiÖu øng liªn
hîp mµ mËt ®é e trong nh©n t¨ng lªn lµm cho phenol cã ph¶n
øng thÕ electronphin cao h¬n benzen. Phenol cã hai trung t©m
ph¶n øng: nhãm hydroxyl vµ nh©n th¬m.
1). TÝnh axit
Phenol kh«ng nh÷ng t¸c dông ®îc víi kiÒm mµ cßn t¸c dông
®îc c¶ víi dung dÞch kiÒm.
C6H5OH + NaOH C6H5ONa + H2O
Phenol cã tÝnh axit m¹nh h¬n c¶ níc (Ka =10-10) nhnh yÕu
h¬n axit cacbonic ( Ka=10-5). V× thÕ khi cho phenol t¸c dông víi
axit v« c¬ th× phenol bÞ gi¶i phãng khái muèi cña nã
C6H5O- + H2CO3 C6H5OH + HCO3-
2). T¹o thµnh ete.
Phenol biÕn thµnh ete khi t¬ng t¸c víi alkyl halogennua
trong dung dÞch kiÒm.
ArOH ArO- ArOR + X-
3). Ph¶n øng nitro hãa .
Phenol t¸c dông víi axit nitric ®Ëm ®Æc biÕn thµnh 2,4,6
trinitro phenol (axit adipic) lµ nguyªn liÖu t¹o cho thuèc næ.
OH OH O2N NO2
+ HNO3
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
9
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp
NO2
4). Ph¶n øng kolbe.
Khi ®un natri phenolate trong dßng CO2 t¹o thµnh natri
salisilat
OH OH C=O + CO2
ONa5). Ph¶n øng t¹o alcol.
Phenol ph¶n øng víi formandehyt dïng xóc t¸c axit hay kiÒm
t¹o thµnh monome ®Ó tæng hîp nhùa phenol formaldehyt.
OH H2SO4 OH t0
+ HCHO CH2OH Polime NaOH
Phenol t¬ng tù nh lµ c¸c enol cña xyclohexadiennol, v× vËy
hç biÕn xeton vµ enol n»m c©n b»ng ®Ó t¹o ra xetol trong
trong khèi xªtol bÐo, vÒ phenol nã ®îc chuyÓn nhiÒu nhÊt tõ
d¹ng enol.
Nguyªn nh©n cña sù t¹o thµnh tr¹ng th¸i æn ®Þnh lµ qu¸
tr×nh h×nh thµnh hÖ thèng vßng th¬m. Sù æn ®Þnh lµ rÊt lín
bëi v× sù ®ãng gãp cña o- vµ p- quinol trong cÊu tróc. Trong
qu¸ tr×nh h×nh thµnh anion phenolate, sù ®ãng gãp cña cÊu
tróc quinol cã thÓ h×nh thµnh c¸c ®iÖn tÝch d¬ng.
Cã sù kh¸c biÖt gi÷a rîu no vµ phenol. Do vËy phenol t¹o
thµnh muèi víi dung dÞch kali hydroxyt. ë nhiÖt ®é phßng
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
10
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpphenol cã thÓ t¹o ra tõ muèi víi CO2. T¹i nhiÖt ®é phßng, gÇn
víi nhiÖt ®é s«i cñaphenol, phenol cã thÓ chuyÓn c¸c axit
cacboxyl.axit axeton thµnh c¸c muèi cña chóng vµ phenolate
còng ®îc t¹o thµnh. Qu¸ tr×nh ®ãng gãp cña o- vµ p- quinol lµ
nguyªn nh©n g©y ra thay ®æi cÊu trÊu cho phÐp sù thay thÕ
c¸c electrolphil trong qóa tr×nh ph¶n øng nh lµ qóa tr×nh clo
hãa, sunfua hãa,
Nitrat hãa, nitro hãa. Qóa tr×nh ®a vµo hai hoÆc ba nhãm
nitro trong vßng benzen cã thÓ kh«ng thu ®îc thu ®îc, bëi v×
®Æc ®iÓm cña phenol theo híng oxy hãa. VÝ dô nh lµ theo sau
qu¸ tr×nh nitro cña clo benzen lµ qu¸ tr×nh thay thÕ chÝnh clo
b»ng nhãm hydroxyl hoÆc qu¸ tr×nhnitrat axit disunfophenol.
Qóa tr×nh nitro hãa ë vÞ trÝ para cã thÓ t¹o ra ë nhiÖt ®é
®ãng b¨ng. Phenol rÊt dÔ dµng ph¶n øng víi hîp chÊt cacboxyl
víi sù cã mÆt cña c¸c xóc t¸c axit hoÆc c¸c xóc t¸c gèc. Focmal
andehit ph¶n øng víi phenol cho ta rîu hydroxylbezyl vµ t¹o ra
nhùa trong qu¸ tr×nh ph¶n øng. Qu¸ tr×nh ph¶n øng giöa
axetol vµ phenol cho ta s¶n phÈm kÐp A.
Trong qu¸ tr×nh ph¶n øng víi sù cã mÆt cña xóc t¸c axit,
xóc t¸c nµy lµm tinh khiÕt phenol trong qu¸ tr×nh tæng hîp
phenol. C¸c olefil tinh khiÕt hoÆc c¸c hîp chÊt cacboxyl, oxit, cã
thÓ bÞ polyme hãa ®Ó t¹o ra hîp chÊt cã khèi lîng ph©n tö lín
h¬n. Sù dông xóc t¸c H2SO4 hoÆc sù thay ®æi ®iÖn tÝch ion
cña c¸c axit. V× lý do ®ã cã thÓ t¸ch phenol mét c¸ch dÔ dµng
b»ng con ®êng chng luyÖn.
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
11
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp
Phenol rÊt dÔ kÕt ®«i víi muèi diazo t¹o ra hîp chÊt cã mµu.
Hîp chÊt ®îc dïng lµm ®é nh¹y cho qu¸ tr×nh tr¾c quang cña
phenol lµ khèi diazo 4-nitroanilin. Axit Salixilic (axit 2 hydroxyl
benzoic), cã thÓ ®îc s¶n xuÊt qua tr×nh ph¶n øng Kolbe
Schemist tõ natri phenolate vµ cacbodioxit, bëi v× kali
phenolate t¹o ra hîp chÊt para. Qu¸ tr×nh akyl hãa vµ qu¸ tr×nh
alxyl ho¸ cña phenol cã thÓ t¹o ra víi xóc t¸c AlCl3.
Ete Diaryl cã thÓ trong ®iÒu kiÖn kh¾c nghiÖt.
200oC/Cu C6H5-ONa + Br- C6H5 C6H5 –O- C6H5
+NaBr Víi c¸c t¸c nh©n oxyhoa phenol dÔ t¹o thµnh gèc tù do. Nã
cã thÓ dime ho¸ ®Ó t¹o thµnh diphenol hoÆc cã thÓ oxyhoa
s©u s¾c t¹o thµnh ®ihdoxybenzen vµ
quinol.V× gèc phenol t¬ng ®èi bÒn v÷ng nªn phenol lµ gèc
thÝch hîp vµ nã ®îc sö dông lµm chÊt øc chÕ qu¸ tr×nh oxyhoa.
Víi víi mét lîng nhá phenol th× c¸c tÝnh chÊt trªn cã thÓ g©y
khã kh¨n cho qu¸ tr×nh tù oxyhãa Cumen.
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
12
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp
Ch¬ng II:
c¸c Qu¸ tr×nh s¶n xuÊt phenol
Mét lîng nhá phenol (axit kü thuËt ) ®îc t¸ch riªng tõ nhùa
vµ nhµ m¸y s¶n xuÊt khÝ hãa than trong pha h¬i cã dïng
nguyªn liÖu than biÕn tÝnh cao khi luyÖn cèc (than antraxit ) vµ
mét sè qu¸ tr×nh c¸c bon hãa ë nhiÖt ®é thÊp cña than n©u
còng nh lµ s¶n phÈm cña ph©n xëng cracking. B»ng c¸c qu¸
tr×nh lín h¬n ta cã thÓ thu ®îc b»ng c¸ch oxyhoa benzen hoÆc
toluen.
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
13
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpC¸c ph¬ng ph¸p s¶n xuÊt phenol trong c«ng nghiÖp nh sau:
1. Qóa tr×nh sunfua ho¸ benzen vµ qu¸ tr×nh s¶n xuÊt
phenol b»ng nhiÖt nh©n benzensunfua trong m«i trêng
kalihydroxyt nãng ch¶y.
2. Qóa tr×nh clo ho¸ benzen vµ thuû ph©n clo benzen b»ng
kali hydroxyt nãng ch¶y.
3. Qóa tr×nh clo ho¸ benzen vµ qu¸ tr×nh thuû ph©n trong
h¬i níc cña clo- bezen (Qóa tr×nh Raschig, Raschig - Hooker,
Gulf oxyclorit).
4. Qóa tr×nh Alkyl hãa víi propen t¹o ra iso-propylben
(Cumen). Qóa tr×nh oxy ho¸ cumen t¹o ra terta hydroperoxit phï
hîp vµ ®îc chia ra thµnh phenol vµ axetol (qu¸ tr×nh HooK).
5. Qóa tr×nh oxy hãa axit Toluen t¹o benzoic vµ tiÕp tôc oxy
hãa dec¸cbon t¹o thµnh phenol.
6. §ehydrogen hçn hîp cyclohexalnol-cyclohexaxnol. Tªn cña
qóa tr×nh chØ lµ HooK (qóa tr×nh oxyho¸ cumen). Cã thÓ nãi
qóa tr×nh oxy hãa cumen rÊt quan träng trong c«ng nghiÖp.
Cßn c¸c qu¸ tr×nh kh¸c ®îc ®îc ®a vµo víi lÝ do kinh tÕ. Trong
qóa tr×nh HooK, axetol ®îc t¹o thµnh nh lµ mét s¶n phÈm phô.
Tuy nhiªn axetol kh«ng g©y trë ng¹i cho sù ph¸t triÓn cña qóa
tr×nh nµy, bëi v× axetol cã gi¸ trÞ kinh tÕ rÊt cao trªn thÞ tr-
êng. HiÖn nay c¸c nhµ m¸y míi ®îc x©y dùng ®Òu dùa trªn qóa
tr×nh oxyhãa cumen.
I. Qóa tr×nh oxyhãa cumen (Qóa tr×nh HooK).
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
14
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp
Qóa tr×nh Cumen-phenol lµ c¬ së ®Ó t¹o ra hydroperoxyt
cumen. Qóa tr×nh nµy cã thÓ t¸ch ®îc phenol vµ axetol, ®· ®îc
c«ng bè vµo n¨m 1994 bëi nhµ hãa häc H.HooK vµ S.Lang. Sau
thÕ chiÕn thø hai qóa tr×nh nµy ®îc øng dông víi quy m« nhá.
Nhµ m¸y ®Çu tiªn ®îc x©y dùng vµ ®i vµo ho¹t ®éng n¨m
1952 mang tªn Dio Shawwgon t¹i Canada vµ ®· cho s¶n lîng
kho¶ng 8000 tÊn phªnol trong mét n¨m.
Ngµy nay phenol ®îc s¶n xuÊt còng chÝnh lµ nhê vµo qu¸
tr×nh nµy. Trong c¸c nhµ m¸y ë MÜ, Canada, Italia, NhËt, T©y
Ban Nha, Ên §é, Mexico, Braxin, §«ng ¢u, vµ níc §øc víi s¶n lîng
®¹t trªn n¨m triÖu tÊn mçi n¨m. Cã c¸c phô gia lµm nguån
nguyªn liÖu rÊt tèt cho c¸c qóa tr×nh kh¸c vµ cã gi¸ trÞ kinh tÕ
to lín. VÊn ®Ò ¨n mßn kh«ng x¶y ra, vµ tÊt c¶ c¸c giai ®o¹n
ph¶n øng ®Òu lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn b×nh thêng víi hiÖu
suÊt cao. §iÒu nµy quyÕt ®Þnh sù ph¸t triÓn nhanh cña qóa
tr×nh nµy.
1.C¬ së lÝ thuyÕt cña qóa tr×nh
Cã hai giai ®o¹n ph¶n øng t¹o thµnh trong qóa tr×nh s¶n
xuÊt phenol tõ Cumen.
1.tr×nh oxyhãa Cumen víi oxy t¹o ra Cumen hydroperoxit.
CH3 CH3
HC CH3 H3C C OOH + O2
2. Qóa tr×nh t¸ch Cumen hydroperoxit víi sù cã mÆt cña mét
sè axit trung b×nh t¹o ra phenol vµ axetol.
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
15
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp
Tèc ®é oxy hãa cumen b»ng kh«ng khÝ khi kh«ng cã xóc t¸c
hay chÊt khëi ®Çu th× rÊt nhá, v× vËy qu¸ tr×nh tiÕn hµnh
trong nhò t¬ng níc kiÒm (pha ph©n t¸n lµ cumen) víi mét lîng
nhá hydroperoxit cumen sÏ gióp t¨ng tèc ®é cña giai ®o¹n khëi
®Çu ph¶n øng. Møc ®é biÕn ®æi cña cña cumen ®¹t ®Õn 30%
v× vËy khi tiÕp tôc t¨ng nång ®é oxy hãa trong ®iÒu kiÖn cña
qóa tr×nh se x¶y ra sù ph©n huû peroxit vµ t¹o thµnh nh÷ng
hîp chÊt phô kh¸c.
CH3 H3C C OOH OH + H3C – CO –CH3
Sau khi oxy hãa hçn hîp ph¶n øng , ®Ó t¸ch l¾ng líp
hydrocacbon råi ®em ®i ph©n huû trong m«i trêng axit, cßn n-
íc kiÒm ®em quay vÒ ph¶n øng oxy hãa ®Ó ph©n hñy
hydroperoxit ngêi ta cho axit H2SO4 lo·ng vµ®îc lµm xóc t¸c cho
qóa tr×nh. Díi ¸p suÊt ®ã kh«ng nhÊt thiÕt t¸ch hydroperoxit ra
khæi cumen cã lÉn trong hçn hîp .
Qóa tr×nh ph©n huû hydroperoxit thµnh phenol vµ axeton
lµ ph¶n øng to¶ nhiÖt (255kj/ mol), khi thªm H2SO4 ®Ëm ®Æc
ngay c¶ mét lîng kh«ng ®¸ng kÓ th× sù thuû ph©n x¶y ra
®iÒu hoµ.
§ång thêi cïng víi sù ph©n hñy hydroperoxit thµnh phenol vµ
axetol qóa tr×nh cßn t¹o thµnh c¸c s¶n phÈm phô lµ
axetolphenone vµ metanol (®Æc biÖt ë nhiÖt ®é cao).
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
16
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp CH3 OH
H3C C OOH H3C C O
+
CH3OH
Ngoµi ra ph©n hñy hydroperoxit ®«i khi còng x¶y ra sù t¸ch
oxy vµ t¹o thµnh rîu bËc ba lµ dimetylphenyl metanol.
CH3 CH3
H3C C OOH H3C C OH
+1/2O2
Khi cã mÆt H2SO4 dimetylphenyl metanol dÔ dµng t¸ch níc
vµ biÕn thµnh -metylstyren (cã nhiÖt ®é s«i lµ 165.50C).
CH3 CH3
H3C C OH C CH2
+ H2O
C¸c ph¶n øng biÕn ®æi sÏ t¹o nhiÒu s¶n phÈm kh¸c kh«ng
chØ giíi h¹n ë c¸c ph¬ng tr×nh trªn. Hçn hîp ®em ®i tinh luyÖn
®Ó t¸ch axetol, cumen, -etylstyren, phenol vµ cÆn bao gåm
phenol, axetolphenon vµ c¸c s¶n phÈm ngng tô cã nhiÖt ®é s«i
cao.
Cumen d quay l¹i oxy hãa kh«ng ®îc cã - metylstyren bëi v×
hîp chÊt kh«ng no nµy k×m h·m ph¶n øng t¹o thµnh
hydroperoxyt. Nhng viÖc t¸ch - metylstyren phøc t¹p do ®ã ng-
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
17
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpêi ta thÝch biÕn ®æi nã thµnh Cumen b»ng c¸ch Hydro hãa cã
xóc t¸c.
CH3 CH3
C CH2 H3C C H + H2
Ph¶n øng trªn tiÕn hµmh trong pha láng víi xóc t¸c lµ Ni,
nhiÖt ®é lµ 1000C vµ ¸p su©t kh«ng lín.
2. M« t¶ qóa tr×nh.
Qóa tr×nh oxyhãa Cumen víi sù cã mÆt cña kh«ng khÝ
hoÆc kh«ng khÝ giµu oxy. Qóa tr×nh nµy ®îc x¶y ra trong cÊc
thiÕt bÞ b»ng thÐp hoÆc hîp kim. Qóa tr×nh thùc hiÖn trong ba
th¸p, nã cã thÓ cao h¬n 20m, ngêi ta thêng sö dông c¸c th¸p
phun ®îc kÕt nèi víi nhau ®Ó thuy ®îc thêi gian lu ph©n bè tèi
u. D·y th¸p ®îc dïng phæ biÕn trong c«ng nghiÖp gåm cã tõ hai
®Õn bèn c¸i th¸p ph¶n øng. Qóa tr×nh ph¶n øng ®îc thùc hiÖn
ë nhiÖt ®é kho¶ng 90oC ®Õn 120oC
vµ ë ¸p suÊt kho¶ng 0.5 ®Õn 0.7Mpa. KhÝ th¶i tõ thiÕt bÞ ph¶n
øng ®îc lµm l¹nh tõ hai bån ngng tô c¸c chÊt h÷u c¬ tinh khiÕt.
Níc ®îc sö dông ®Ó lµm m¸t ë giai ®o¹n ®Çu tiªn cña qóa
tr×nh vµ lµm l¹nh ë giai ®o¹n kÕ tiÕp.
Qóa tr×nh oxy hãa Cumen lµ qóa tr×nh xóc t¸c lu chuyÓn tù
®éng, tèc ®é cña ph¶n øng t¨ng víi sù t¨ng cña nång ®é
hydrroperoxit. C¸c th¸p thÊp cã thÓ ®îc dông nhanh xóc t¸c nh
lµ Kimla pheta cyanua. C¸c hîp chÊt t¹o thµnh song song víi sù
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
18
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpph©n huû cña hydroperoxit. Tuy nhiªn chóng kh«ng ®îc sö
dông trong c«ng nghiÖp.
Qóa tr×nh ph¶n øng lµ to¶ nhiÖt kho¶ng 800kj/kg Cumen
hydroperoxit. NhiÖt cña ph¶n øng ®îc lÊy ra nhê qóa tr×nh lµm
m¸t. S¶n phÈm phô chÝnh cña qóa tr×nh. C¸c s¶n phÈm ®îc t¹o
thµnh do sù ph©n huû nhiÖt hydroperoxit Cumen. Nã x¶y ra
trong kho¶ng nhiÖt ®é lín h¬n 130oC. C¸c hîp chÊt lu huúnh nh
lµ sufua, di sunfua, thiol, sunfuaoxit thiophel vµ phenol g©y øc
chÕ qóa tr×nh tù oxy hãa vµ nã b¾t buéc ph¶i chuyÓn khái
Cumen.
Hµm lîng oxy trong khÝ th¶i tõ c¸c thiÕt bÞ ph¶n øng lµ
kho¶ng 1 ®Õn 6 % thÓ tÝch. Nång ®é oxy tíi h¹n trong trong
qóa tr×nh ch¸y cña hçn hîp cumen- nitro- oxy lµ vµo kho¶ng
8.5% thÓ tÝch víi ¸p suÊt ph¶n øng kho¶ng 0.5 ®Õn 0.6 MPa.
H¬i níc trong pha khÝ dÉn ®Õn hÖ thèng nhÑ h¬n khÝ tr¬.
Nång ®é oxy tíi h¹n vµo kho¶ng 1% thÓ tÝch, nång ®é nµy cao
h¬n nång ®é trong th¸p. Giíi h¹n næ cña hçn hîp kh«ng khÝ vµ
h¬i Cumen lµ kho¶ng 0.8 ®Õn 8.8% thÓ tÝch Cumen ë ¸p suÊt
thêng. ¥ ¸p suÊt 0.5 Mpa trªn giíi h¹n næ 10.3% thÓ tÝch
Cumen. Hçn hîp qóa tr×nh oxy hãa chøa kho¶ng 20 ®Õn 30%
hydroperoxit Cumen. NÕu qóa tr×nh ph¶n øng x¶y ra trong hÖ
thèng alkali-stabol, hçn hîp oxy ho¸ ®îc röa s¹ch b»ng níc vµ
c¸c muèi v« c¬ tríc qóa tr×nh ph¶n øng. Phenol ®îc chng luyÖn
trong kho¶ng trèng tõ hçn hîp qóa tr×nh oxy hãa ta thu ®îc
nång ®é hydroperoxit kho¶ng 65 ®Õn 90% tríc khi t¸ch ra.
* Qóa tr×nh t¸ch:NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
19
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp
Qóa tr×nh t¸ch axit xóc t¸c cho ta hydroperoxit Cumen t¹o
ra phenol vµ
axetol tiÕp theo sau thiÕt bÞ trao ®æi ion. Axit sunfuric ®îc sö
dông lµm xóc t¸c tèt nhÊt trong c«ng nghiÖp. C¸c axit kh¸c nh lµ
axit percloric, photphoric, p-toluen sunforic, sunfua dioxit, nhê
qóa tr×nh trao ®æi ion nªn ®îc sö dông rÊt cã hiÖu qña.
Qóa tr×nh t¸ch axit xóc t¸c theo hai c¸ch kh¸c nhau. Trong
pha ®ång thÓ, phÇn d cña axetol ®îc thay ®æi ®Ó t¸ch trong
c¸c ph¶n øng vµ chØ cÇn 0.1 ®Õn 2% axit sunfuric lµ ®ñ cho
qóa tr×nh t¸ch.
NhiÖt ®é trong qóa tr×nh ph¶n øng lµ nhiÖt ®é s«i cña hçn
hîp Axetol vµ Cmen hydroperoxit. Nã ®îc x¸c ®Þnh b»ng hµm l-
îng axetol. NhiÖt t¹o ra tõ qóa tr×nh ph¶n øng táa nhiÖt m¹nh
cña thiÕt bÞ vµo kho¶ng 1680 kj mçi kg hydroperoxit - cumen
thu ®îc b»ng qóa tr×nh bay h¬i axetol tõ hÖ thèng cña qóa
tr×nh ph¶n øng.
Trong pha dÞ thÓ cña qóa tr×nh ph¶n øng hydroperoxit -
cumen ®îc t¸ch tíi 40- 45% axit sunfuric, víi tû sè nång ®é 1:5.
Qóa tr×nh trén lÉn ®îc thùc hiÖn b»ng b¬m li t©m, qóa tr×nh
ph¶n øng thùc sù x¶y ra trong qóa tr×nh lµm m¸t tiÕp theo
tæng ®ã d¶i nhiÖt ®é æn ®Þnh trong kho¶ng 50- 60oC ®îc
duy tr× ë th¸p lµm l¹nh riªng biÖt. Giíi h¹n h×nh thµnh s¶n
phÈm phô lµ thêi gian lu ng¾n kho¶ng 45- 60s. Trong hÖ thèng
lµm l¹nh ®Ó tr¸nh hiÖn tîng ¨n mßn, ®Æc biÖt lµ NiCl2 ngêi ta
sö dông hîp kim .
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
20
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp
Hydroperoxit - cumen ®îc t¸ch ra tíi mét nång ®é cÆn nhá
h¬n 0.1%. TÊt c¶ rîu dimetyl benzyl ®îc t¹o thµnh tõ s¶n phÈm
phô cña cña qóa tr×nh oxy hãa nh lµ ®ehydro t¹o -
metylstrylen. Lo¹i s¶n phÈm phô sinh ra díi qóa tr×nh t¸ch trong
®iÒu kiÖn cã axit lµ 4 - cumen phenol vµ oxit mesityl.
* Qóa tr×nh lµm viÖc.
Tríc khi qóa tr×nh chng luyÖn cña hçn hîp trong qóa tr×nh
ph¶n øng, axit sunfuric ph¶i ®îc trung hßa hoÆc t¸ch díi d¹ng
cÆn nÕu kh«ng sÏ g©y ¨n mßn,
Sau ®ã míi chuyÓn tíi th¸p lµm viÖc vµ tr¸nh hiÖn tîng ngng
tô cña axits trong hçn hîp ph¶n øng. Sù trung hßa cã thÓ ®îc
t¹o ra víi Natri hydroxyt hoÆc lµ dung dÞch phenolate, pha chøa
muèi ngËm níc cã PH kho¶ng 5-6, ®îc chia t¸ch ra hçn hîp ph¶n
øng. Qóa tr×nh ph¶n øng s©u s¾c h¬n lµ qóa tr×nh ph¶n øng
axit vµ qóa tr×nh trÝch ly cña hçn hîp t¸ch vµ muèi ngËm níc
®èi víi c¸c muèi trung hßa nh lµ natri sufunate hoÆc níc.
Trong qóa tr×nh lµm viÖc chng luyÖn axetol th« ®îc chng
®Çu tiªn. Nã ®îc tinh chÕ trong kiÒm vµ thiÕt bÞ läc khÝ, sau
®ã tiÕp tôc chng l¹i ®Ó cho s¶n phÈm tinh khiÕt. Cumen vµ -
metyl stylen ®îc chng luyÖn lÊy tõ bån chøa s¶n phÈm cña th¸p
chng axetol th«, phÇn cßn l¹i ®îc chng ®¼ng phÝ víi níc -
metyl stylen cã chøa c¶ cumen. Nã ®îc tuÇn hoµn l¹i hoÆc chng
ph©n ®o¹n ®Ó thu ®îc ®é tinh khiÕt cao vµ t¨ng chÊt lîng cña
s¶n phÈm.
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
21
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp
Phenol th« ®îc chng luyÖn trong th¸p chng phenol ®îc lµm
giµu b»ng qóa tr×nh chng trÝch ly víi níc hoÆc qóa tr×nh trao
®æi ion. Trong qóa tr×nh tiÕp theo, c¸c cÊu tö tinh khiÕt gÆp
khã kh¨n trong qóa tr×nh t¸ch sÏ ®îc t¸ch b»ng qóa tr×nh chng
luyÖn. C¸c oxit ®îc ngng tô t¹o thµnh c¸c hîp chÊt cã nhiÖt ®é
s«i cao h¬n.
Phenol ®îc t¸ch víi ®é tinh khiÕt cao h¬n 99,9% b»ng qóa
tr×nh chng tiÕp theo. Cã sù kh¸c biÖt trong qóa tr×nh chng
kh¸c so víi qóa tr×nh chng ®· miªu t¶ ë trªn lµ sau khi t¸ch
axetol th« b»ng qóa tr×nh chng luyÖn, c¸c hydro cã chøa
phenol th« (c¶ cumen, - metyl stylen) vµ c¸c t¹p kh¸c ®îc chng
qu¸ nhiÖt víi chÊt láng chng trÝch ly, nh lµ glycol, dietylen lµ s¶n
phÈm tinh chÕ tõ qóa tr×nh cã ®iÓm s«i cao h¬n sÏ ®îc chng
b»ng qóa tr×nh tiÕp theo ®ã.
II. Qóa tr×nh s¶n xuÊt phenol b»ng ph¬ng ph¸p
oxy hãa Toluen.
Qóa tr×nh s¶n xuÊt phenol ®îc ph¸t triÓn ®Çu tiªn bëi Daw
(nhµ ho¸ häc ngêi MÜ ). Nã ®îc duy tr× cho ®Õn tËn b©y giê,
hiÖn nay cã ba nhµ m¸y c«ng nghiÖp tai c¸c níc lµ MÜ, Canada,
vµ c¸c vïng kh¸c.
Sau ®ã kÕ ho¹ch s¶n xuÊt ®Çu tiªn ë Nether Land thµnh
c«ng do DSM vµ t¹o ra c¸c tiªu chuÈn trong c«ng nghiÖp. ë
Viscosa (Italia) ®· dïng qóa tr×nh oxy hãa toluen chØ ®Ó s¶n
xuÊt axit benzoic, lµ qóa tr×nh s¶n xuÊt trung gian cho
capolactam.
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
22
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpQóa tr×nh nµy tr¶i qua hai giai ®o¹n.
Trong giai ®o¹n thø nhÊt toluen bÞ oxy hãa víi oxy ë ¸p suÊt
khÝ quyÓn víi sù cã mÆt cña xóc t¸c trong pha láng t¹o thµnh
axit benzoic.
CH3 COOH
O2 kk , xt + H2O
Giai ®o¹n thø hai lµ axit benzoic ®îc t¸ch riªng b»ng qóa
tr×nh decacxyl xóc t¸c víi sù cã mÆt cña oxy kh«ng khÝ ®Ó t¹o
ra phenol.
COOH OH
O2 kk , xt + CO2
* C¬ chÕ cña ph¶n øng:
Qóa tr×nh oxy hãa toluen lµ x¶y ra theo c¬ chÕ gèc
gåm cã c¸c gèc peroxit.
Ar-CH3 Ar-CH2 Ar-CH2-OO Ar-CH2-OOH Ar -CH2-O
Ar-CHO Ar-CO Ar-CO-OO Ar-CO-OOH Ar-CO- OAr-
COOH
N¨ng lîng ho¹t hãa cña qóa tr×nh ph¶n øng oxy hãa to¶
nhiÖt cña toluen t¹o thµnh axit benzoic lµ 136 kj/mol. Mét sè l-
îng lín c¸c s¶n phÈm gèc trong suèt qóa tr×nh ph¶n øng dÉn tíi
h×nh thµnh mét lo¹t c¸c s¶n phÈm phô nh lµ rîu benzylic (0.1%),
di pheyl (0.1-0.2%), benzen andehyt (1-2%), benzyl benzoat (1-
2%) vµ metyl diphenyl (0.7-1%), céng thªm vµ ®îc ®ã lµ c¸c
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
23
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpaxit nh focmic axetic, vµ c¸c monoxit cacbon còng ®îc t¹o
thµnh. Qóa tr×nh oxy hãa x¶y ra trong pha láng ë nhiÖt ®é tõ
120 oC -1500C vµ ¸p suÊt kho¶ng 0.5 Mpa víi sù cã mÆt cña xóc
t¸c Co, kho¶ng 30% toluen ®îc chuyÓn hãa thµnh axit benzoic.
§é chän läc ®¹t kho¶ng 90%.
Qóa tr×nh decacboxyl oxy hãa bezoic ®îc thùc hiÖn theo Cu (II)
benzoat. Nã ph¶n øng trong pha h¬i t¹o ra axit benzo Salisilic
vµ sau ®ã ph©n huû t¹o ra axit Salisilic vµ axit benzoic hãa
decacboxyl t¹o ra phenyl benzoat. Phenyl benzoat thuû ph©n víi
sù cã mÆt cña níc t¹o thµnh phenol vµ axit . Trong suèt qóa
tr×nh h×nh thµnh axit benolsalisilic, Cu (II) chuyÓn thµnh Cu (I),
víi sù cã mÆt cña Cu(I) benzol Cu(I) chuyÓn thµnh Cu(II), víi oxy
kh«ng khÝ tèc ®é ph¶n øng rÊt cao.
O C
O O
C 2 OH
+ Cu2+ Cu
O
C O
O C OH O
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
24
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp - CO2 C-O C = O ( phenyl benzoat )
OH
+ H2O O
C OH O O +H2O C OH OH + C = O OH
Qóa tr×nh ph¶n øng thùc hiÖn ë 220 - 2500C díi ¸p suÊt
b×nh thêng, hoÆc lµ ¸p suÊt nhá(kh«ng qu¸ 0.25Mpa ). §é chän
läc vµo kho¶ng 90 %. S¶n phÈm phô lµ benzen vµ c¸c chÊt cã
®iÓm s«i cao. Nã t¹o thµnh cÆn sau qóa tr×nh ph¶n øng. Qóa
tr×nh ph¶n øng lµ to¶ nhiÖt, kho¶ng 1425kj mçi kg phenol ®îc
s¶n xuÊt. §Ó s¶n xuÊt mçi tÊn phenol th× chóng ta cÇn tíi
1.45tÊn toluen, 0.3kg Co vµ 3kg §ång.
* C¸c xóc t¸c:
Qóa tr×nh oxy hãa Toluen ®ßi hái xóc t¸c Co ph¶i dÔ tan
nh lµ Naphten Coban hoÆc bezoat víi mét lîng tõ 100- 300 ppm.
Qóa tr×nh decacboxyl sÏ hoµ tan muèi Cu(II) cho vµo. Trong
qóa tr×nh ph¶n øng hçn hîp cã mÆt kho¶ng 1-5% Cu. Ngêi ta
c¶i tiÕn ®Ó n©ng cao ®é chän läc b»ng c¸ch cho thªm c¸c
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
25
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpmuèi kim lo¹i, chñ yÕu lµ c¸c muèi magie, chóng ho¹t ®éng thóc
®Èy qóa tr×nh. Do ®ã sau khi ph¸t triÓn hîp chÊt molydiom III
sÏ t¹o ra ®é chän läc cao h¬n muèi Cu (II).
§iÓm kh¸c biÖt cña qóa tr×nh míi ®ã lµ qóa tr×nh cña
Lumnus ®· ®îc sö dông. Xóc t¸c ®îc dïng lµ chøa Cu. Qua ®ã
axit bezoic cã thÓ oxy hãa trong pha h¬i. Nã lµ kÕt qu¶ cña qóa
tr×nh ph¶n øng víi tèc ®é cao. §é chuyÓn hãa kho¶ng 50% vµ
hiÖu suÊt ®¹t kho¶ng 90%. Cã thÓ ®¹t ®îc kho¶ng 1 kg phenol
trªn mçi lÝt thÓ tÝch cña qóa tr×nh ph¶n øng. §iÒu ®ã ph¶n ¸nh
r»ng cÆn chøa nhùa lµ kh«ng ®îc t¹o thµnh. Tuy nhiªn xóc t¸c
ph¶i ®îc t¸i sinh thêng xuyªn h¬n n÷a ®Ó ®a vÒ qu¸ tr×nh
®Çu.
III. Qóa tr×nh s¶n xuÊt b»ng ph¬ng ph¸p nung ch¶y kiÒm víi axit sunfua hãa benzen.
Qóa tr×nh sunfua hãa benzen ®· ®îc ph¸t triÓn vµo n¨m
1867 do hai nhµ hãa häc A . Wurtz vµ A .Kerkule ®îc miªu t¶
b»ng nh÷ng qóa tr×nh díi ®©y.
1. Qóa tr×nh h×nh thµnh axit benzensunfonic b»ng ph¶n øng
cña benzen víi
axit sunfuric ®Æc.
C6H6 + H2SO4 C6H5SO3H + H2O
2. Qóa tr×nh ph¶n øng cña axit bezenesunfoic víi natrisunfit
hoÆc natri cacbonat t¹o ra natribenzensulfonat.
2 C6H5 SO3 H + Na2SO3 2C6H5SO3 Na + H2O
+ SO2
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
26
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp3. Qóa tr×nh gia nhiÖt benzensulfonat trong natri hydroxit ®Ó t¹o
ra natri phenolat.
C6H5 SO3 Na + 2 NaOH C6H5ONa + H2O +
Na2SO3
4. Qóa tr×nh ph¶n øng cña natri phenolat víi sulfuadioxit hoÆc
CO2 t¹o ra phenol d¹ng tù do.
2C6H5O Na + H2O + SO2 2 C6H5 O H +
Na2SO3
Ngoµi c¸c s¶n phÈm trªn cßn x¶y ra c¸c ph¶n øng phô:
- T¹o thµnh diphenyl xylphen.
2 C6H5 SO3 H + C6H6 2 C6H5 SO2C6H5 +
H2O
- T¹o thµnh disunfua axit benzen.
2 C6H5 SO3 H + H2SO4 C6H4 (SO3H)2 +
H2O
- Oxi hãa hoµn toµn benzen:
C6H6 + 15SO3 6 CO2 + 3H2O +15SO2
Qóa tr×nh nµy ®· ®îc sö dông ®Çu tiªn ®Ó tæng hîp ra phenol
trong c«ng nghiÖp. Qóa tr×nh nµy tiÕp tôc ®îc c¶i tiÕn ®Ó
®¸p øng yªu cÇu chÊt lîng thÊp h¬n cña nguyªn liÖu vµ ®Þnh l-
îng c¸c s¶n phÈm phô. Dioxitsulfua hoÆc cacbon oxit ®îc gi¶i
phãng trong qóa tr×nh ph¶n øng gi÷a axit bezenesunfoic víi
natrisunfit hoÆc natri cacbonate ®îc sö dông cho giai ®o¹n cuèi
®Ó t¹o ra phenol. Qóa tr×nh ph¶n øng gi÷a benzensulfonat víi
natri hydroxit x¶y ra ë kho¶ng nhiÖt ®é 320- 340 0C. MÆt dÇu
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
27
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpqóa tr×nh ph¶n øng cã thÓ ®îc tiÕp tôc ph¸t triÓn b»ng c¸c qóa
tr×nh tiÕp theo. Gi¸ trÞ cña c¸c qóa tr×nh nµy khi so s¸nh víi
qóa tr×nh cumen th× nã cao h¬n, víi hiÖu suÊt ®¹t kho¶ng trªn
90 % ®èi víi cumen. C¸c qóa tr×nh ®ã ®ái hái n¨ng lîng cao vµ
g©y « nhiÔm m«i trêng.
IV. Qóa tr×nh s¶n xuÊt phenol b»ng ph¬ng ph¸p
clo hãa benzen.
Clobenzen lµ mét chÊt dÔ t¹o thµnh phenol khi thuû ph©n.
Do ®ã c¸c qóa tr×nh s¶n xuÊt phenol trªn c¬ së hîp chÊt nµy
®· ®îc ph¸t triÓn tõ l©u vµ ®ang ®îc tiÕn hµnh réng d·i. MÆc
dï nã cã nhiÒu thuËn lîi lµ kh«ng h×nh thµnh axetol trong qóa
tr×nh s¶n xuÊt phenol tõ cumen nhng do vÊn ®Ò kinh tÕ nªn
kh«ng ®îc ¸p dông vµo s¶n xuÊt.
1. Qóa tr×nh thuû ph©n clobenzen b»ng kiÒm.
Ph¬ng ph¸p nµy ®îc dïng trong c«ng nghiÖp tõ n¨m 1928 ë
MÜ khi kh«ng cã nh÷ng nhãm thÕ kh¸c, nguyªn tö clo liªn kÕt
trùc tiÕp víi nh©n th¬m nªn rÊt bÒn v× vËy ph¶n øng thuû
ph©n clobenzen cÇn ph¶i tiÕn hµnh trong ®iÒu kiÖn hÕt søc
kh¾t khe. Clobenzen bÞ thuû ph©n b»ng dung dÞch 10-12%
NaOH.
C¬ chÕ cña qóa tr×nh ph¶n øng.
C6 H5Cl + 2 NaOH C6H5ONa +
NaCl + H2O
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
28
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpPhenonlate ngng tô víi clobenzen t¹o s¶n phÈm phô lµ ete
difenyl vµ mét lîng kh«ng lín phenolara ocxydifenyl.
C6 H5ONa + C6H5 Cl C6H5O C6H5 +
NaCl
C6H5Cl + C6H5ONa + NaOH C6H5 C6H4ONa
+NaCl +H2O
Ete difenyl l¹i bÞ thuû ph©n
C6H5O C6H5 + H2O 2C6H5OH
KÕt qu¶ nhËn ®îc lµ mét hçn hîp c©n b»ng phenolate vµ
ete difenyl. Hµm lîng ete difenyl trong hçn hîp øng víi hiÖu suÊt
cña nã lµ 10% so víi clo benzen ban ®Çu.
S¶n phÈm láng cña ph¶n øng lÊy ra tõ nåi ph¶n øng èng
xo¾n sau khi h¹ thÊp ¸p suÊt ®a vµo thiÕt bÞ l¾ng. PhÇn trªn
lµ ete difenyl th« ®em ®i tinh luyÖn, phÇn díi lµ phenolate
®em chÕ biÕn víi axit HCl vµ H2SO4 hoÆc CO2.
C6H5ONa + HCl C6H5OH +
NaOH
C6H5ONa + CO2 + H2O 2 C6H5OH +
Na2CO3
Sau khi l¾ng phenol th« ®em ®i tinh luyÖn.
S¶n xuÊt phenol b»ng ph¬ng ph¸p thuû ph©n kiÒm clo benzen
cã thÓ kÕt hîp ®îc víi qóa tr×nh ®iÖn ph©n muèi ¨n vµ clo hãa
benzen. Muèi ¨n dïng trong qóa tr×nh chØ lµ phô. Dung dÞch
muèi ¨n thu ®îc sau khi ph©n hñy phenolate ®em ®i ®iÖn
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
29
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpph©n cßn kiÒm do ®iÖn ph©n cã chøa NaOH vµ muèi ¨n kh«ng
ph©n hñy dïng ®Ó thñy ph©n clobenzen.
2. Qóa tr×nh s¶n xuÊt phenol b»ng oxy Clorua hãa Gulf.
Gulf ®· nghiªn cøu vµ ph¸t triÓn qóa tr×nh oxy Clorua hãa.
Tuy nhiªn qóa tr×nh nµy cha bao giê ®îc sö dông trong mét nhµ
m¸y c«ng nghiÖp. Trong qóa tr×nh oxyClorua hãa benzen, ph¶n
øng ®îc thùc hiÖn trong pha láng ë 50 -1700C díi ¸p suÊt c©n
b»ng víi mét lîng xóc t¸c axit nitric.
Trong qóa tr×nh Gulf, qóa tr×nh thuû ph©n x¶y ra trªn xóc
t¸c chøa Cu-Lantan phèt ph¸t. Do HCl cã tÝnh ¨n mßn cao nªn
vËt liÖu ®ßi hái ph¶i cã cÊu tróc ®Æc biÖt nh lµ qóa tr×nh
Raschig. VÊn ®Ò m«i trêng cïng ph¶i coi träng lªn hµng ®Çu.
V. Qóa tr×nh dehydro hãa dÉn xuÊt Clohexanol-
Cyclohexanol.
Phenol cã thÓ thu ®îc tõ qóa tr×nh ®ehydro hãa hçn hîp
Clohexanol- Cyclohexanol.
OH O
+ O2 +
OH O OH
n + m (n+m) + (3n+2m)H2
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
30
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp
Qóa tr×nh nµy ®îc ph¸t triÓn do Scientific Design, cã sö
dông xóc t¸c r¾n ®øng yªn vµ chøa kho¶ng 3% Pt trªn cacbon
ho¹t tÝnh ë nhiÖt ®é t=250-425oC. Xóc t¸c cña qóa tr×nh
®ehdro hãa kh¸c sö dông Co vµ Ni.
Chóng ta sö dông hçn hîp Clohexanol- Cyclohexanol víi tû lÖ
lµ 10:1, cÇn ph¶i sö dông 1.805 tÊn hçn hîp trªn ®Ó s¶n xuÊt
®îc mét tÊn phenol ( hiÖu suÊt ®¹t kho¶ng 97.8 % trong giai
®o¹n ®ehydro hãa. Phenol t¹o thµnh hçn hîp ®ång ®¼ng víi
Clohexanol- Cyclohexanol. V× vËy chóng ta cÇn sö dông qóa
tr×nh chng trÝch ly ®Ó t¸ch chóng ra.
Qóa tr×nh nµy kh«ng cã hiÖu qu¶ kinh tÕ nÕu phenol ®îc
s¶n xuÊt nh lµ s¶n phÈm duy nhÊt b¾t ®Çu tõ nguyªn liÖu lµ
Cyclohexal. Mét sè nhµ m¸y nhá ®· ®îc x©y dùng ë Autralia
b¾t ®Çu tõ nh÷ng n¨m 1965. C¸c nhµ m¸y nµy ®· ®îc th¸o bá
sau ®ã do lÝ do kinh tÕ mµ thay vµo ®ã lµ qóa tr×nh s¶n xuÊt
phenol b»ng ph¬ng ph¸p Cumen. C¸c giai ®o¹n cña qóa tr×nh
s¶n xuÊt phenol rÊt cã thuËn lîi nÕu chóng ta kÕt hîp víi c¸c nhµ
m¸y lín sö dông qóa tr×nh oxy hãa Clohexan. CÊu tróc cña qóa
tr×nh nµy gièng nh qóa tr×nh s¶n xuÊt Caplactam.
VI. Qóa tr×nh Axetol hãa.
Qóa tr×nh nµy ®îc ph¸t triÓn bëi Hoechst, bezen ®îc sö
dông lµm nguyªn liÖu ban ®Çu. Trong qóa tr×nh nµy benzen bÞ
oxy hãa víi sù cã mÆt axÝt axetic (qóa tr×nh axetol hãa ) víi
xóc t¸c Palladium. Axetylbenzen hay phenyl axetat thu ®îc b»ng
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
31
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpqóa tr×nh thuû ph©n sÏ t¹o ra phenol vµ axit axetic. Qóa tr×nh
nµy cha ®îc sö dông ®Ó s¶n xuÊt trong c«ng nghiÖp.
NhËn xÐt:
Trong c¸c ph¬ng ph¸p s¶n xuÊt phenol ®· nªu trªn th× hiÖn
nay ngêi ta ®· sö dông c¸c ph¬ng ph¸p chÝnh sau ®©y:
- Qóa tr×nh s¶n xuÊt phenol b»ng ph¬ng ph¸p oxyhãa
cumen (Qóa tr×nh HooK).
- Qóa tr×nh s¶n xuÊt phenol b»ng ph¬ng ph¸p oxy hãa
toluen.
- Qóa tr×nh s¶n xuÊt phenol b»ng ph¬ng ph¸p ®ehyro hçn
hîp Clohexanol- Cyclohexanol.
- Qóa tr×nh s¶n xuÊt phenol b»ng ph¬ng ph¸p clo hãa
benzen.
- Qóa tr×nh s¶n xuÊt phenol b»ng ph¬ng ph¸p nung ch¶y
kiÒm víi axit sunfobenzen.
V× nhiÒu nguyªn nh©n kh¸c nhau trong ®ã chñ yÕu lµ lÝ do
kinh tÕ nªn hiÖn nay ngêi ta chñ yÕu dïng ph¬ng ph¸p oxy hãa
cumen vµ ph¬ng ph¸p oxy hãa toluen vµ mét sè ph¬ng ph¸p
kh¸c nh ph¬ng ph¸p nãng ch¶y kiÒm.
VII. Lý Do lùa chän ph¬ng ph¸p s¶n xuÊt phenol
theo ph¬ng ph¸p kiÒm nãng ch¶y.
Nguyªn chÝnh ®Ó s¶n xuÊt phenol b»ng con ®êng kiÒm
hãa lµ sö dông nguyªn liÖu hydrocacbon th¬m, mµ nguån
nguyªn liÖu nµy chÝnh lµ s¶n phÈm cña qóa tr×nh chng cÊt
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
32
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpdÇu th«, qóa tr×nh khÝ ho¸ than, khÝ hãa nhiªn liÖu láng. Cã
thÓ nãi nguån nguyªn liÖu nµy cã tr÷ lîng rÊt lín, v× vËy vÊn
®Ò sö dông nã lµm nguyªn liÖu ®Ó tæng hîp c¸c hîp chÊt h÷u
c¬ kh¸c sao cho cã hiÖu qña lµ ®iÒu hÕt søc quan träng. Qóa
tr×nh tæng hîp phenol lÊy nguån nguyªn liÖu lµ benzen còng
kh«ng n»m ngoµi môc ®Ých ®ã. Do nguån nguyªn liÖu dåi dµo
nªn lµm cho gi¸ thµnh s¶n phÈm h¹ h¬n c¸c ph¬ng ph¸p kh¸c.
H¬n n÷a c«ng nghÖ cña ph¬ng ph¸p ®· ®îc ph¸t triÓn tõ l©u,
d©y truyÒn s¶n xuÊt ®¬n gi¶n h¬n so víi c¸c ph¬ng ph¸p kh¸c.
Kinh nghiÖm s¶n xuÊt ®· cã do ®ã chi phÝ ®Çu t vµ s¶n xuÊt lµ
thÊp h¬n so víi c¸c ph¬ng ph¸p kh¸c.
Ngoµi ra tæng phenol b»ng con ®êng kiÒm hãa sö dông
nguån nguyªn liªu lµ axit sunphuric vµ NaOH lµ hai hîp chÊt cã
gi¸ thµnh rÎ, l¹i dåi dµo s¶n lîng. H¬n n÷a khi s¶n xuÊt b»ng ph-
¬ng ph¸p nµy chóng ta cã thÓ dïng s¶n phÈm Na2SO3 sinh ra
trong qóa tr×nh s¶n xuÊt ®Ó lµm nguyªn liÖu tæng hîp phenol,
do ®ã gi¸ thµnh s¶n xuÊt phenol sÏ gi¶m ®i so víi c¸c ph¬ng
ph¸p kh¸c.
PHÇN ii
Qu¸ tr×nh s¶n xuÊt phenol b»ng ph¬ng ph¸p
nãng ch¶y kiÒm.
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
33
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpI. Kh¸i niÖm chung vÒ qóa tr×nh sunpho hãa.
Sunpho hãa lµ qóa tr×nh thay thÕ mét hay nhiÒu nguyªn tö
hydro trong nh©n th¬m b»ng nhãm suphonic - SO3H. S¶n phÈm
gäi lµ axit sunphomic hay sunphoaxit.
Trong kü thuËt tæng hîp c¸c chÊt h÷u c¬ trung gian,
sunpho hãa cã ý nghÜa hµng ®Çu vµ ®îc øng dông réng r·i. Mét
trong nh÷ng øng dông quan träng nhÊt ®ã lµ ®Ó s¶n xuÊt
phenol.
T¸c nh©n thêng dïng h¬n c¶ lµ axit sunphuric víi nh÷ng
nång ®é kh¸c nhau. Trong kü thuËt thêng dïng lo¹i axit nång ®é
92-93% vµ monohydrat (axit sunphoric nång ®é 98-100%),
Oleum lo¹i 25 vµ 65% (kh«ng ®ãng r¾n ë nhiÖt ®é thêng).
Ngoµi ra cßn dïng mét sè t¸c nh©n sunpho hãa kh¸c nh axit
closunphuric.
Khi dïng t¸c nh©n axit sunphuric (H2SO4), cã thÓ biÓu diÔn
ph¶n øng sunpho hãa b»ng ph¬ng tr×nh nh sau.
ArH + HOSO3H ArSO3H + H2
Sunpho hãa lµ qóa tr×nh thuËn nghÞch, níc t¹o thµnh trong
qóa tr×nh ph¶n øng võa pha lo·ng t¸c nh©n, vµ ph©n huû
sunphoaxit t¹o thµnh (ph¶n øng desunpho hãa). NÕu dïng oleum
víi hµm lîng SO3 sao cho khi bÞ níc ph¶n øng pha lo·ng, nång
®é t¸c nh©n kh«ng thÊp h¬n 100%, cã thÓ kh¾c phôc ®îc
b»ng ph¶n øng thuû ph©n ®ã.
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
34
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp1. Nh÷ng ®iÒu kiÖn ¶nh hëng ®Õn qóa tr×nh sunpho
hãa.
Nång ®é t¸c nh©n lµ yÕu tè quan träng nhÊt ¶nh hëng tíi
qóa tr×nh ph¶n øng sunpho hãa . Tèc ®é ph¶n øng sunpho hãa
phô thuéc vµo nång ®é t¸c nh©n sunpho hãa ( H2SO4). Khi nång
®é t¸c nh©n thay ®æi, tèc ®é ph¶n øng thay ®æi víi møc ®é
lín h¬n rÊt nhiÒu so víi møc ®é tÝnh to¸n dùa theo ph¬ng
tr×nh ®éng häc b×nh thêng.
V = K.(ArH). (H2SO4)
VÝ dô sunpho hãa 1,6 naptalin di sunphoaxit, nång ®é axÝt
chØ t¨ng 9 % mµ tèc ®é ph¶n øng t¨ng 39 lÇn.
Lîng níc t¹o thµnh trong ph¶n øng sÏ pha lo·ng axit, tèc ®é
ph¶n øng gi¶m ®i râ rÖt, tíi mét møc ®é nµo ®ã cã thÓ coi nh
dõng h¼n. Nång ®é axit sunphoric, biÓu thÞ b»ng %SO3, t¹i ®ã
axit kh«ng cã kh¶ n¨ng sunpho hãa tiÕp tôc n÷a, gäi lµ -
sunpho hãa. Gi¸ trÞ cña -sunpho hãa phô thuéc vµo c¸c hîp
chÊt h÷u c¬, nhiÖt ®é ph¶n øng vµ sè nhãm sunpho sÏ ®a vµo.
Hîp chÊt cµng dÔ
Sunphu hãa th× gi¸ trÞ cña cµng thÊp víi cïng ®iÒu kiÖn
ph¶n øng nh nhau. §èi víi cïng mét chÊt khi nhiÖt ph¶n øng ®é
t¨ng, -sunpho hãa sÏ gi¶m.
Axit sau khi ph¶n øng (thêng cã nång ®é ) gäi lµ axit ®·
lµm viÖc. §Ó sunpho hãa hoµn toµn lîng nguyªn liÖu ®a vµo,
chóng ta ph¶i tÝnh ®îc lîng t¸c nh©n cÇn cã, dùa vµo nång ®é
axxit ®· lµm viÖc (- sunpho hãa ). Chóng ta cã c«ng thøc
sau:quas
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
35
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp
x =
x - lîng t¸c nh©n cÇn cã ®Ó monosônpho hãa 1kg hîp
chÊt h÷u c¬, kg.
a - hµm lîng SO3 trong t¸c nh©n sunpho hãa lóc ban ®Çu,
%.
Tõ c«ng thøc trªn chóng ta thÊy: nÕu hµm lîng SO3 trong t¸c
nh©n sunpho hãa ban ®Çu cµng cao th× lîng t¸c nh©n cÇn
thiÕt cµng gi¶m, vµ sù kh¸c biÖt gi÷a a vµ x cµng nhá th× lîng
axit cÇn dïng cµng nhiÒu ( vµ lîng axit ®· lµm còng cµng lín).
Khi chän nång ®é t¸c nh©n, cÇn chó ý tíi giíi h¹n nång ®é
t¸c nh©n. NÕu nång ®é t¸c nh©n cao qóa th× sÏ x¶y ra c¸c
ph¶n øng phô (nh ph¶n øng t¹o sunpho - polisunpho axit ..) võa
g©y l·ng phÝ nguyªn liÖu l¹i lµm cho s¶n phÈm kÐm tinh khiÕt.
Nång ®é t¸c nh©n cßn ¶nh hëng tíi vÞ trÝ cña nhãm sunpho
trong nh©n th¬m.
* ¶nh hëng cña yÕu tè nhiÖt ®é.
NhiÖt ®é còng ¶nh hëng rÊt lín ®Õn qóa tr×nh sunpho hãa,
kh«ng nh÷ng tíi tèc ®é cña ph¶n øng mµ cßn ¶nh hëng tíi vÞ
trÝ cña nhãm thÕ trong s¶n phÈm. Khi nhiÖt ®é cao qóa giíi h¹n
cho phÐp cã thÓ x¶y ra c¸c ph¶n øng phô nh oxy hãa hîp chÊt
h÷u c¬, ph¶n øng t¹o sunpho.
* ¶nh hëng cña yÕu tè xóc t¸c.
YÕu tè xóc t¸c còng ¶nh hëng tíi vi trÝ cña nhãm sunpho
trong s¶n phÈm.
2. C¸c ph¶n øng phô
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
36
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp
Khi sunpho hãa cã thÓ x¶y ra mét sè ph¶n øng phô, kh«ng
t¹o ra sunpho axit. ChÝnh nång ®é t¸c nh©n vµ nhiÖt ®é vît
qóa giíi h¹n cho phÐp ®· g©y nªn c¸c ph¶n øng nµy. C¸c ph¶n
øng phô kh«ng nh÷ng g©y hao tæn nguyªn liÖu mét c¸ch v«
Ých mµ cßn lµm gi¶m ®é tinh khiÕt cña s¶n phÈm. V× vËy cÇn
ph¶i khèng chÕ c¸c ®iÒu kiÖn ph¶n øng sao cho kh«ng ®Ó c¸c
ph¶n øng phô x¶y ra Ýt nhÊt.
II. C¬ cÊu vµ ®éng häc cña ph¶n øng sunpho hãa.
Tríc khi xÐt c¬ cÊu ph¶n øng chóng ta xÐt qua vÒ b¶n chÊt
hãa häc cña t¸c nh©n sunpho hãa.
1. B¶n chÊt hãa häc cña t¸c nh©n sunpho hãa.
Axit sunphuric khan (100%) ë nhiÖt ®é thêng lµ mét chÊt
liªn hîp ë møc ®é cao, gåm nh÷ng phÇn nhá víi m¹ch dµi h×nh
thµnh liªn kÕt hydro. Chóng ta xÐt cÊu t¹o cña axit sunphuric.
H O O S H O O
Chóng ta thÊy cã sù dÞch chuyÓn ®iÖn tö vÒ phÝa nguyªn
tö oxy nªn mËt ®é ®iÖn tö ë nguyªn tö hydro gi¶m xuèng,
hydro cã xu híng kÐo ®iÖn tö vÒ phÝa m×nh. Do ®ã h×nh
thµnh nªn liªn kÕt hydro. Nhng khi nhiÖt ®é t¨ng, c¸c liªn kÕt
hydro bÞ ph¸ vì. Axit sunphuric 100% bÞ ph©n li theo ph¬ng
tr×nh sau:
2H2SO4 H3SO4+ + HSO4
-
2 H2SO4 SO3 + H3O+ + HSO4-
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
37
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp
B»ng c¸c ph©n tÝch hãa lý ngêi ta nhËn thÊy r»ng trong
axit sunphuric 100% cã 99.7- 99.8% c¸c ph©n tö ë d¹ng liªn hîp.
Khi nhiÖt ®é t¨ng sù liªn hîp sÏ gi¶m cßn 0.2- 0.3% c¸c ph©n tö
ph©n ly. Trong dung dÞch axit sunphuric víi níc axit ph©n ly
theo ph¬ng tr×nh sau:
H2SO4 + H2O H3O+ + HSO4
C¸c ph©n tö axit sunphuric chØ tån t¹i trong dung dÞch axit
cã nång ®é tõ 75% trë lªn cµng bÞ pha lo·ng axit sunphoric
cµng bÞ ph©n li m¹nh theo ph¬ng tr×nh trªn, do ®ã lîng ion
bisunphat cµng t¨ng.
2. C¬ cÊu ph¶n øng sunpho hãa.
Nh chóng ta ®· thÊy ë trªn, thµnh phÇn t¸c nh©n sunpho
hãa t¬ng ®èi phøc t¹p, b¶n chÊt cña chóng thay ®æi khi hµm l-
îng SO3 vµ H2O trong ®ã thay ®æi.
Trong khèi ph¶n øng sunpho hãa nhiÒu hîp chÊt h÷u c¬ cã
trong axit sunphuric 100%, sÏ bÞ oxy hãa thµnh cation h÷u c¬.
Cho nªn khi cho hîp chÊt h÷u c¬ t¸c dông víi c¸c t¸c nh©n oxy
hãa, ta ®îc mét hçn hîp c¸ phÇn tö kh¸c nhau, gåm c¸c phÇn tö
trung hoµ ( SO3, H2SO4, H2S2O7), c¸c ion HS2O7-, HSO4
-, SO4-,
H3SO4+ vµ c¸c hîp chÊt h÷u c¬ ë d¹ng ph©n tö trung hßa hoÆc
cation.
C¸c t¸c nh©n HS2O7-, HSO4
-, SO4- kh«ng thÓ lµ t¸c nh©n
sunpho hãa, v× thùc tÕ cho thÊy nhiÒu dung dÞch nh÷ng dung
dÞch chøa nhiÒu ccs ion trªn kh«ng cã kh¶ n¨ng sunpho hãa.
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
38
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp
3. §éng häc cña ph¶n øng sunpho hãa.
Ph¶n øng sunpho hãa c¸c hîp chÊt th¬m lµ ph¶n øng thÕ
electrronphin. Tèc ®é cña ph¶n øng sunpho hãa b»ng oleum
hay axit sunphoric cã thÓ viÕt :
W = K. (ArH).(SO3)
Khi ph¶n øng víi axit sunphuric , tèc ®é sunpho hãa tû lÖ
nghÞch víi hµm lîng níc.
W = K
III. Kü thuËt tiÕn hµnh ph¶n øng sunpho hãa.
1. Ph¶n øng sunpho hãa ®îc tiÕn hµnh trong thiÕt bÞ b»ng
thÐp hoÆc gang. Cã c¸nh khuÊy, vá bäc hay èng xo¾n ®Ó
®un nãng b»ng h¬i níc hay lµm l¹nh b»ng níc thêng, cã èng
c¾m nhiÖt kÕ.
KhuÊy trén lµ yÕu tè quan träng v× khèi sunpho trong
phÇn lín c¸c trêng hîp lµ dÞ thÓ, qu¸nh, ®Æc khi khèi ph¶n øng
ë d¹ng kh«ng linh ®éng (sunpho hãa, benzen, toluen.. cã thÓ
dïng c¸nh khuÊy b¬i chÌo) khèi ph¶n øng cã ®é nhít trung b×nh
(sunpho hãa naphatalen thµnh - naphatalen sunphoaxit) cã
thÓ dïng c¸nh khuÊy h×nh khung, ná neo.
Thø tù cho nguyªn liÖu ph¶n øng phô thuéc vµo nhiÖm vô
vµ ®iÒu kiÖn sunpho hãa. Ph¬ng ph¸p cho c¸c thµnh phÇn tuú
thuéc vµo tÝnh chÊt cña nguyªn liÖu ban ®Çu vµ nhiÖt ®é
ph¶n øng. Ph¶n øng sunpho hãa thêng ®îc tiÕn hµnh trong
kho¶ng nhiÖt ®é tõ 30- 1800C. NÕu nhiÖt ®é ph¶n øng kh«ng
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
39
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpcao l¾m ta cho axit vµo thiÕt bÞ ph¶n øng tríc sau ®ã míi cho
nguyªn liÖu ®· ®îc nghiÒn nhá vµo sau (nÕu nguyªn liÖu ë d¹ng
r¾n) ®Ó tèc ®é trong c¸c phÇn cña thiÕt bÞ ®Òu b»ng nhau.
NÕu sunpho hãa ë nhiÖt ®é cao, ta ®un nãng ch¶y nguyªn liÖu
r¾n sau ®ã míi cho axit vµo.
Sau khi cho hÕt t¸c nh©n ph¶n øng vµ nguyªn liÖu vµo ngêi
ta míi n©ng dÇn nhiÖt ®é cña khèi ph¶n øng lªn tíi nhiÖt ®é
cÇn thiÕt vµ gi÷ nhiÖt ®é ®ã trong
mét kho¶ng thêi gian nµo ®ã. KÕt qña cña ph¶n øng phô thuéc
vµo nhiÒu yÕu tè,
®iÒu cÇn thiÕt lµ ph¶i khèng chÕ nhiÖt ®é sao cho thÝch hîp
nhÊt( nång ®é t¸c nh©n, nhiÖt ®é ph¶n øng, ®é tinh khiÕt cña
nguyªn liÖu, thêi gian ph¶n øng khuÊy trén..). Cã nh vËy ph¶n
øng míi ®¹t hiÖu suÊt cao, chÊt lîng s¶n phÈm tèt.
2. C¸c ph¬ng ph¸p t¸ch s¶n phÈm sunpho hãa.
Khi s¶n phÈm sunpho hãa kÕt thóc, cÇn t¸ch s¶n phÈm
(sunpho axit) khái axit ®· lµm viÖc. Chóng ta dùa vµo tÝnh chÊt
cña s¶n phÈm ®Ó chän ph¬ng ph¸p thÝch hîp.
*T¸ch b»ng níc : Sau khi ph¶n øng kÕt thóc, ngêi ta cho vµo
khèi ph¶n øng mét lîng níc l¹nh hoÆc níc ®¸ (®Ó gi¶m ®é hoµ
tan cña sunphoaxit). Sau ®ã sÏ läc s¶n phÈm. Ph¬ng ph¸p nµy
®¬n gi¶n, kinh tÕ nhÊt. Nhng chØ v× ¸p dông ®îc ®èi víi
nh÷ng sunphoaxit kh«ng tan trong níc nªn ph¬ng ph¸p nµy
kh«ng ®îc ¸p dông réng r·i.
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
40
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp
* Ph¬ng ph¸p dïng muèi ¨n : Khi cho dung dÞch NaCl vµo
khèi ph¶n øng hoÆc cho vµo khèi ph¶n øng ®· ®îc pha lo·ng
b»ng níc, sÏ x¶y ra ph¶n øng t¹o muèi cña sunphoaxit.
*Dïng natri sunphit: Sunphoaxit sÏ t¸c dông víi sunphit natri
t¹o ra muèi natri nh sau:
ArSO3H + Na2SO3 ArSO3Na + SO2 +
H2O
§©y lµ ph¬ng ph¸p phæ biÕn nhÊt, ®îc øng dông réng r·i
nhÊt, do cã nhiÒu u ®iÓm h¬n so víi c¸c ph¬ng ph¸p kh¸c. Ph-
¬ng ph¸p ¸p dông cho qóa tr×nh s¶n xuÊt phenol vµ naphtol lµ
chÝnh, v× nã tËn dông ®îc natri sunphit t¹o thµnh trong qóa
tr×nh ph¶n øng nãng ch¶y kiÒm:
ArSO3Na + 2NaOH ArONa + Na2SO3 +
H2O
§Ó trung hoµ sunphoaxit theo phîng tr×nh trªn, vµ ngîc l¹i
phÕ liÖu cña qóa tr×nh trªn dïng (SO2 vµ H2O) ®îc dïng ®Ó axit
hãa phenolat:
2ArONa + SO2 + H2O 2 Ar OH + Na2SO3
Ph¬ng ph¸p nµy kh«ng khã kh¨n vÒ mÆt kü thuËt tiÕn
hµnh ph¶n øng l¹i cã thÓ tiÕt kiÖm ®îc nguyªn liÖu.
Ngoµi ra cßn cã nhiÒu ph¬ng ph¸p kh¸c n÷a nh ph¬ng ph¸p
t¸ch b»ng soda, t¸ch b»ng KCl, t¸ch b»ng CaCO3.
IV. Giíi thiÖu vÒ Benzensunphoaxit
Benzen sunphoaxit khan C6H5SO3H lµ chÊt kh«ng mµu, kh«
kh«ng bay h¬i, nãng ch¶y ë nhiÖt ®é 510C, ph©n huû khi bÞ
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
41
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp®un nãng. Benzen sunphoaxit kü thuËt cã mµu tèi, chøa c¸c t¹p
chÊt H2SO4 vµ níc Benzen sunphoaxit tan trong níc. Benzen
sunphoaxit lµ mét axit m¹nh, ph©n ly trong níc
SO3H SO3-
+ H+
Muèi Natri cña benzen sunphoaxit ph¶n øng víi kiÒm (NaOH)
nãng ch¶y cho phenolnatri, sau ®ã axit hãa cho phenolnatri.
§©y lµ mét trong nh÷ng ph¬ng ph¸p s¶n xuÊt phenol trong
c«ng nghiÖp benzen sunphoaxit ®îc s¶n xuÊt theo nh÷ng ph-
¬ng ph¸p kh¸c nhau. Ph¬ng ph¸p sunpho hãa trong pha láng vµ
ph¬ng ph¸p sunpho hãa trong pha h¬i trong ®ã sunpho hãa
trong h¬i ®¹t hiÖu qu¶ cao h¬n.
V. Qóa tr×nh thay nhãm sunpho b»ng nhãm
hydroxyl theo ph¬ng ph¸p nãng ch¶y kiÒm.
Mét trong nh÷ng ph¬ng ph¸p chuyÓn hãa quan träng nhÊt
cña c¸c sunphoaxit d·y th¬m lµ cacspo thay thÕ nhãm
sunphoaxit b»ng nhãm hydroxyl khi cho muèi cña sunphoaxit
t¸c dông víi hydroxyl kim lo¹i kiÒm ë d¹ng nãng ch¶y:
ArSO3Na + 2 NaOH ArONa +Na2SO3 +
H2O
Ngµy nay ph¬ng ph¸p nãng ch¶y kiÒm lµ ph¬ng ph¸p chñ
yÕu ®Ó tæng hîp c¸c dÉn xuÊt oxy cña d·y th¬m.
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
42
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp1. C¬ cÊu cña ph¶n øng.
C¬ cÊu cña ph¶n øng.
T¸c nh©n nãng ch¶y kiÒm th«ng dông h¬n c¶ lµ NaOH v×
rÎ h¬n nhiÒu so c¸c t¸c nh©n kh¸c. Trong qui m« s¶n xuÊt nhá
hoÆc s¶n xuÊt c¸c lo¹i s¶n phÈm qói , nÕu NaOH kh«ng ®ñ kh¶
n¨ng ph¶n øng cã thÓ dïng KOH. Trong mét sè trêng hîp ngêi ta
cßn dïng hçn hîp NaOH vµ KOH, v× nhiÖt ®é nãng ch¶y cña hçn
hîp thÊp h¬n so víi nhiÖt ®é cña tõng cÊu tö riªng biÖt.
KiÒm ë d¹ng nãng ch¶y lµ t¸c nh©n ph¶n øng rÊt m¹nh. Khi
t¸c dông víi hîp chÊt h÷u c¬ kh«ng no, phÇn tö kiÒm cã xu híng
kÕt hîp theo phÇn tö nèi ®«i. Khi muèi cña sunphoaxit ph¶n øng
víi kiÒm nãng ch¶y, ph©n tö kiÒm sÏ sÏ kÕt hîp víi nh©n th¬m,
sau ®ã míi t¸ch ph©n tö sunphit ®Ó t¹o phenolat.
SO3Na ONa SO3Na + NaOH + NaOH H ONa H + Na2SO3 + H2O
Sau khi axit hãa pheolat ta ®îc phenol. Nhãm OH thêng
vµ®îc vÞ trÝ cña cña nhãm SO3H.Trong thùc tÕ s¶n xuÊt, song
song víi qóa tr×nh chÝnh - thay nhãm -SO3H b»ng nhãm OH -
bao giê còng x¶y ra mét sè ph¶n øng phô nh chuyÓn hãa s¶n
phÈm kÕt hîp t¹o thµnh hydrro cacbon vµ sunphat.
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
43
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp
Cã thÓ biÓu diÔn c¸c ph¶n øng x¶y ra trong qóa tr×nh nãng
ch¶y kiÒm theo s¬ ®å sau:
ArSO3Na + NaOH
ArSO3Na .NaOH (1)
ArSO3Na .NaOH + NaOH ArOH +
Na2SO3 + H2O (2)
ArSO3Na .NaOH ArOH +
Na2SO4 (3)
Ph¶n øng thø hai lµ ph¶n øng chÝnh. Trong mét sè trêng
hîp, ph¶n øng (3) sÏ kh«ng x¶y ra. TÝnh chÊt thuËn nghÞch cña
qóa tr×nh t¹o s¶n phÈm kÕt hîp ®· ®îc chøng minh b»ng ph¶n
øngM-sunphoaxit cña phenol khi cho Rezocxin t¸c dông víi
bisunphit.
2.Nh÷ng ®Æc ®iÓm cña ph¶n øng nãng ch¶y kiÒm.
Th«ng thêng trong c¸c ph¶n øng nãng ch¶y kiÒm, ta thÊy vÞ
trÝ cña nhãm OH trong s¶n phÈm chÝnh lµ vÞ trÝ cña nhãm -
SO3Na trong hîp chÊt ban ®Çu. Nh÷ng hiÖn tîng ®ã kh«ng ph¶i
bao giê còng x¶y ra, nhãm -OH kh«ng ph¶i bao giê còng chiÕm
vÞ trÝ cña nhãm -SO3H. Nh chóng ta ®· biÕt ph¶n øng nãng
ch¶y kiÒm c¸c sunphoaxit, hoÆc nãi chung qóa tr×nh ®a nhãm
-OH vµ nh©n th¬m b»ng t¸c dông cña kiÒm lµ ph¶n øng thÕ
nucleophin. Ion OH- sÏ vµ®îc vÞ trÝ cã mËt ®é ®iÖn tö nhá
nhÊt.
MËt ®é ®iÖn tö t¹i nguyªn tö cacbon liªn kÕt víi nhãm -
SO3H cã bÞ gi¶m ®i do ¶nh hëng c¶m øng cña nguyªn tö S
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
44
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpmang ®iÖn ®iÖn tÝch d¬ng trong nhãm -SO3H. Cho nªn trong
nhiÒu trêng hîp, nhãm -OH sÏ vµo vÞ trÝ cña cña nhãm -SO3H.
Song mËt ®é ®iÖn tö t¹i nh÷ng nguyªn tö cacbon kh«ng
liªn kÕt víi nhãm -SO3H còng cã thÓ gi¶m xuèng do ¶nh hëng
cña c¸c nhãm thÕ kh¸c. Cho nªn nhãm -OH còng cã thÓ ph¶n
øng víi c¸c nguyªn tö cacbon ë nhãm nµy.
C¸c ®iÒu kiÖn ph¶n øng nh nhiÖt ®é, nång ®é t¸c nh©n,
lo¹i t¸c nh©n ®îc quyÕt ®Þnh bëi ®é ho¹t ®éng cña nhãm -
SO3H. TÊt nhiªn nÕu nhãm -SO3H cïng ho¹t ®éng, ph¶n øng sÏ
cµng dÔ dµng h¬n. Nhãm -SO3H trong benzen sunphoaxit lµ
nhãm kÐm ho¹t ®éng nªn ph¶n øng ®ßi hái ë nhiÖt ®é cao,
trªn 3000C.
VËy khi biÕt b¶n chÊt cña sunphoaxit, chóng ta cã thÓ tiÕn
hµnh ph¶n øng mét c¸ch t¬ng ®èi dÔ dµng, lùa chän ®îc c¸c
®iÒu kiÖn ph¶n øng thÝch hîp.
3. Kü thuËt tiÕn hµnh ph¶n øng.
a) Nguyªn liÖu.
Hai t¸c nh©n chñ yÕu trong ph¶n øng nãng ch¶y kiÒm lµ
muèi cña sunphoaxit (sunphonat) vµ kiÒm. ®Ó ®¹t hiÖu suÊt
cao vµ chÊt lîng cña s¶n phÈm tèt cÇn tinh chÕ c¸c t¸c nh©n
khái c¸c t¹p chÊt g©y tæn h¹i cho qóa tr×nh ph¶n øng.
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
45
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp
Sunphoaxit tham gia ph¶n øng ë d¹ng muèi - suphonat. Lîng
t¹p chÊt v« c¬ (nh NaCl, Na2SO4) trong ®ã kh«ng ®îc qóa 10%
träng lîng sunphonat. C¸c t¹p cahats v« c¬ kh«ng tan trong
kiÒm nãng ch¶y, t¹o thµnh côc, gi¶m ®é linh ®éng cña khèi
ph¶n øng dÉn ®Õn qóa nhiÖt côc bé vµ cã thÓ x¶y ra hiªn ch¸y
khèi ph¶n øng khi nhiÖt ®é thµnh thiÕt bÞ t¨ng cao trªn 3000C.
§é axit cña muèi sunpho còng cã h¹i ®èi víi ph¶n øng v× ph¶i
tèn kiÒm ®Ó trung hoµ axit, mÆt kh¸c ph¶n øng trung hoµ l¹i
t¹o thµnh c¸c muèi v« c¬, ¶nh hëng kh«ng tèt tíi ph¶n øng.
Trong kiÒm (NaOH vµ KOH) thêng cã t¹p chÊt clorat dÔ g©y
ph¶n øng oxy hãa. V× vËy cÇn ph¶i t¸ch c¸c t¹p chÊt ®ã tríc khi
®a vµo ph¶n øng.
b) C¸c ®iÒu kiÖn ph¶n øng.
Theo ph¬ng tr×nh ph¶n øng ph¶i dïng 2 mol NaOH cho mét
nhãm -SO3H. Nhng trong thùc tiÔn s¶n xuÊt còng nh trong
phßng thÝ nghiÖm ®Òu ph¶i cho d NaOH tõ 3 ®Õn 4 mol vµ cã
thÓ cao h¬n n÷a. §Ó gi¶m tiªu hao kiÒm cÇn chän sunphoaxit
cã chÊt lîng cao, chän thiÕt bÞ ph¶n øng thÝch hîp vµ khèng
chÕ c¸c ®iÒu kiÖn ph¶n øng theo ®óng c¸c yªu cÇu.
§Ó t¨ng ®é linh ®éng cña khèi ph¶n øng vµ gi¶m nhiÖt ®é
cña khèi ph¶n øng cã thÓ cho thªm tõ tõ 5-10% níc. Khi ®ã
nhiÖt ®é cña khèi ph¶n øng sÏ tõ 270 -2800C. Níc t¹o thµnh
trong ph¶n øng sÏ lµm cho khèi ph¶n øng linh ®éng h¬n.
Sunphonat ®îc ®a vµo tõng mÎ ë d¹ng bét hay dung dÞch
b·o hßa trong níc. NÕu dïng sunphonat ë d¹ng dung dÞch ph¶n
øng sÏ dÔ dµng h¬n, kh«ng t¹o bät, kh«ng cã bôi.
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
46
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp
Sau khi cho tÊt c¶ sunphonat vµo, võa khuÊy trén võa n©ng
nhiÖt ®é cña khèi ph¶n øng lªn tíi møc cÇn thiÕt, gi÷ nhiÖt ®é
cña khèi ph¶n øng trong mét thêi gian. Trong khèi ph¶n øng
chøa phenolat, sunphit vµ kiÒm d.
c) C¸c ph¬ng ph¸p nãng ch¶y kiÒm.
Ph¶n øng nãng ch¶y kiÒm cã thÓ tiÕn hµnh trong ®iÒu
kiÖn ¸p suÊt thêng. ThiÕt bÞ ph¶n øng ®îc chÕ t¹o b»ng gang,
®¸y cong, cã c¸nh khuÊy. §îc ®èt nãng b»ng khÝ lß, than, b»ng
dÇu, hoÆc ®èt nãng b»ng ®iÖn. Trong qóa tr×nh ph¶n øng
thiÕt bÞ ®îc ®Ëy n¾p kÝn, cã cöa cho nguyªn liÖu vµo. Trong
kü thuËt ph¬ng ph¸p nãng ch¶y kiÒm ®îc ¸p dông réng r·i nhÊt.
VI. Qóa tr×nh s¶n xuÊt phenol.
Qóa tr×nh s¶n xuÊt phenol b»ng ph¬ng ph¸p nãng ch¶y
kiÒm thÓ hiÖn qua c¸c giai ®o¹n ph¶n øng sau ®©y:
1. Qóa tr×nh h×nh thµnh axit benzensunfonic b»ng ph¶n øng
cña benzen víi
axit sunfuric ®Æc.
C6H6 + H2SO4 C6H5SO3H + H2O
2. Qóa tr×nh ph¶n øng cña axit bezensunfoic víi natrisunfit
hoÆc natri cacbonat t¹o ra natribenzensulfonat.
2 C6H5 SO3 H + Na2SO3 2C6H5SO3 Na + H2O
+ SO2
3. Qóa tr×nh gia nhiÖt benzensulfonat trong natri hydroxit ®Ó t¹o
ra natri phenolat.
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
47
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp
C6H5 SO3 Na + 2 NaOH C6H5O Na + H2O +
Na2SO3
4. Qóa tr×nh ph¶n øng cña natri phenolat víi sulfuadioxit hoÆc
CO2 t¹o ra phenol d¹ng tù do.
2C6H5ONa + H2O + SO2 2 C6H5 O H +
Na2SO3
Tríc ®©y ngêi ta trung hoµ benzen sunphoaxit b»ng
Na2SO3 vµ axit hãa phenolat b»ng H2SO4. Sau nµy ngêi ta tËn
dông phÕ liÖu cña c¸c giai ®o¹n kh¸c nhau Na2SO3 , SO2 , H2O
®Ó trung hßa benzen sunphoaxit vµ axit hãa phenolat.
S¬ ®å d©y truyÒn s¶n xuÊt phenol theo ph¬ng ph¸p kiÒm
nãng ch¶y ®îc tr×nh bµy theo s¬ ®å s¶n xuÊt ë trang bªn.
ThuyÕt minh s¬ ®å d©y truyÒn s¶n xuÊt.
1. Chó thÝch s¬ ®å s¶n xuÊt .
1 - ThiÕt bÞ s«i (nåi h¬i).
2 - ThiÕt bÞ qóa nhiÖt cña h¬i benzen.
3 - Th¸p sunpho hãa.
4 vµ 13 - ThiÕt bÞ ngng.
5 vµ 11 - ThiÕt bÞ l¾ng.
6 - Th¸p trung hoµ.
7 - Nåi nung ch¶y kiÒm
8 - ThiÕt bÞ dËt t¾t
9 - M¸y läc ly t©m.
10 - Th¸p ®Ó ph©n huû phenolat.
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
48
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp
12 - ThiÕt bÞ luyÖn ch©n kh«ng.
14 - B×nh chøa c¸c s¶n phÈm tinh luyÖn.
2. Qóa tr×nh ho¹t ®éng cña th¸p.
Benzen míi vµ benzen thu håi ®îc ®a liªn tôc vµo thiÕt bÞ bèc
h¬i benzen 1. ThiÕt bÞ ®îc ®un nãng b»ng h¬i níc ë ¸p suÊt 7 -
8 at. H¬i benzen t¹o thµnh ®îc ®un qóa nhiÖt trong thiÕt bÞ 2,
sau ®ã vµo phÇn díi cña th¸p sunpho hãa 3. Th¸p ®îc tíi b»ng
H2SO4. Khi ch¶y theo c¸c ®Üa H2SO4 sÏ ph¶n øng víi benzen t¹o
thµnh benzen sunphoaxit , tô l¹i díi ®¸y th¸p. H¬i benzen cßn d
sau ph¶n øng vµ h¬i níc ph¶n øng ®îc ngng tô trong thiÕt bÞ 4
vµ l¾ng trong thiÕt bÞ 5. Benzen thu håi ®îc ®a trë l¹i ph¶n
øng.
Benzen sunphoaxit vµo phÇn trªn cña th¸p trung hßa 6. Ngêi
ta cho Na2SO3 liªn tôc vµo th¸p. Khi ®i tõ trªn xuèng theo
nh÷ng tÇng h×nh nãn, C6H5SO3Na sÏ t¸c dông víi Na2SO3 t¹o
dung dÞch ®Æc C6H5SO3Na vµ khÝ SO2. KhÝ SO2 sang th¸p axit
hãa phenolat C6H5SO3Na sang thiÕt bÞ ch¶y kiÒm 7 ®· chøa
NaOH nãng
ch¶y. N©ng nhiÖt ®é khèi ph¶n øng lªn 330 0C gi÷ nhiÖt ®é
nµy trong kho¶ng thêi gian tö 6 - 9 giê. Hçn hîp nãng ch¶y gåm
kho¶ng 40% C6H5ONa, 45% Na2SO3, cßn l¹i lµ Na2SO4 vµ nguyªn
liÖu d ®îc ®a sang thiÕt bÞ dËp t¾t chøa s½n Na2SO3. Trong
thiÕt bÞ dËp t¾t, C6H5ONa tan trong dung dÞch, Na2SO3 t¸ch
khái dung dÞch ë d¹ng tinh thÓ. B»ng thiÕt bÞ quay ly t©m
chóng ta t¸ch ®îc dung dÞch C6H5ONa vµ Na2SO3 ra khái tinh
thÓ Na2SO3. Tinh thÓ Na2SO3 ®îc ®a sang giai ®o¹n trung hoµ
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
49
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpbenzen sunphoaxit trong thiÕt bÞ 6 phenolat ®îc axit hãa thµnh
phenol. Sau ®ã l¾ng vµ t¸ch phenol khái dung dÞch Na2SO4.
Phenol cã nhiÖt ®é s«i cao nªn ph¶i chng cÊt trong ch©n
kh«ng b»ng h¬i níc 7-8 at. H¬i s¶n phÈm cho qua thiÕt bÞ ngng
tô, ®îc ®a vµo thïng chøa. §Ó tr¸nh hiÖn tîng phenol kÕt tinh
lµm t¾c ®êng èng, ngêi ta cho níc nãng ch¶y qua thiÕt bÞ ngng
tô. Chng phenol th« ta ®îc lÇn lît c¸c s¶n phÈm nh sau:
- Níc phenol dïng trong giai ®o¹n dËp t¾t khái kiÒm nãng
ch¶y cïng víi dung dÞch sunphatnatri.
- Phenol kü thuËt thu ®îc sau khi chng cÊt l¹i hai lÇn n÷a ta
®îc phenol tinh khiÕt.
- Nhùa phenol dïng lµm chÊt tÈy trïng vµ chÊt tÈy ®éc.
PhÇn III:
TÝnh to¸n
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
50
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp
Ch¬ng I: TÝnh c©n b»ng vËt chÊt trong c¸c qóa
tr×nh s¶n xuÊt
C¸c sè liÖu ®Çu vµo cña qóa tr×nh s¶n xuÊt
Nång ®é cña c¸c nguyªn liÖu
N¨ng suÊt cña nhµ m¸y lµ 55.000 tÊn/n¨m.
Benzen kü thuËt gåm 96% benzen vµ 4% níc.
LÊy d 1,06 mol so víi tû lÖ ph¶n øng
Sunfit natri 82%, 14% níc vµ 1% t¹p chÊt.
NaOH 85%, lÊy d 20% so víi tû lÖ ph¶n øng.
SO2 lÊy ë ph¶n øng trung hoµ.
HiÖu xuÊt cña c¸c qóa tr×nh ph¶n øng nh sau.
- HiÖu xuÊt cña qóa tr×nh sunfo hãa : 96%
- HiÖu xuÊt cña qóa tr×nh trung hßa lµ : 100%
- HiÖu xuÊt cña qóa tr×nh nung ch¶y kiÒm : 95%
- HiÖu xuÊt cña qóa tr×nh dËp t¾t : 99%
- HiÖu xuÊt cña qóa tr×nh läc : 98%
- HiÖu xuÊt cña qóa tr×nh axit hãa : 99,5 %
- HiÖu xuÊt cña qóa tr×nh l¾ng : 99 %
- HiÖu xuÊt cña qóa tr×nh chng cÊt : 97%
- HiÖu xuÊt chung cña c¸c qóa tr×nh : 85,5%
Trong qóa tr×nh s¶n xuÊt mét n¨m ph¶i cã mét thêi gian
söa ch÷a vµ b¶o qu¶n nhÊt ®Þnh,víi sè ngµy nghØ lµ 25 ngµy.
Do ®ã sè ngµy lµm viÖc trong mét n¨m lµ 340 ngµy. Tõ ®ã
chóng ta cã thÓ tÝnh ®îc phenol s¶n xuÊt ®îc trong mét giê lµ:
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
51
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp
Lîng phenol s¶n xuÊt trong mét giê
(kg/h)
I. TÝnh c©n b»ng vËt chÊt cho qóa tr×nh sunpho
hãa.
C¸c ph¶n øng x¶y ra trong qóa tr×nh sunpho hãa:
C6H6 + H2SO4 C6H5SO3H + H2O
(1)
C6H5SO3H + H2SO4 C6H4(SO3H)2 + H2O
(2)
C6H5SO3H + C6H6 C6H5 - SO2 - C6H5 + H2O
(3)
VËy lîng benzen tinh khiÕt cÇn ®Ó s¶n xuÊt ®îc 6740,196 kg
phenol trong mét giê lµ:
(kg/h)
Víi hiÖu xuÊt cña qóa tr×nh tÝnh theo benzen lµ 85,5% nªn lîng
benzen tinh khiÕt cho qóa tr×nh lµ :
(kg/h)
= 83,86 ( kmol/h)
Lîng benzen kü thuËt gåm 96% vµ 4% lµ níc.
(kg/h)
= 87,36 (kmol/h)
+ Lîng H2SO4 ®a vµo thiÕt bÞ.
Lîng H2SO4 tinh khiÕt ®îc tÝnh theo ph¶n øng (1) nh sau:
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
52
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp 87,36.98 = 8561,28 (kg/h)
Nhng trong thùc tÕ lîng H2SO4 ®a vµo d 1,06 mol so víi tû lÖ
ph¶n øng. Do ®ã lîng H2SO4 tinh khiÕt lµ 8561,28 + (1,06.98)
= 8665,16 (kg/h)
Lîng axit H2SO4 kü thuËt gåm 98% vµ 2% t¹p chÊt:
(kg / h)
Lîng t¹p chÊt vµo thiÕt bÞ.
Lîng t¹p chÊt cã trong benzen
6813,99.0,04 = 272,56 (kg/h)
Lîng t¹p chÊt cã trong axit H2SO4
8842.0,02 = 176,84 (kg/h)
Nh vËy tæng lîng t¹p chÊt cã trong nguyªn liÖu lµ :
272,56 + 176,84 = 449,4 (kg/h)
Lîng vËt chÊt ra khái thiÕt bÞ
S¶n phÈm chÝnh cña qóa tr×nh sunpho hãa lµ benzen
sunpho axit. Ngoµi ra cßn cã mét sè s¶n phÈm phô chñ yÕu
kh¸c nh Benzen disunphua axit, di phenyl, vµ mét Ýt nguyªn
liÖu. Theo gi¶ thuyÕt th× hiÖu xu¸t cña qóa tr×nh sunpho hãa
lµ 96%. VËy lîng C6H6 ®É chuyÓn ho¸ thµnh benzen sunpho axit
lµ:
6541,436.0,96 = 6279,78 (kg/h)
Lîng H2SO4 cÇn cã lµ
(kg/h)
Lîng C6H5SO3H thu ®îc lµ :
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
53
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp (kg/h)
Lîng H2O thu ®îc lµ :
(kg/h)
Tõ ph¬ng tr×nh (1) vµ (2) ta cã ph¬ng tr×nh tæng hîp sau:
C6H6 + 2 HO – SO3H C6H4(SO3H)2 + 2 H2O (4)
Ph¶n øng t¹o Benzen disunpho axit x¶y ra khã kh¨n h¬n.
Trªn thùc tÕ lîng benzen tiªu tèn cho ph¶n øng nµy chiÕm
kho¶ng 1% nguyªn liÖu cho vµo. Nªn lîng benzen tiªu tèn cho
qóa tr×nh nµy lµ :
6541,436.0,01 = 65,414 (kg/h)
Theo ph¶n øng (4) ta cã thÓ tÝnh ®îc:
Lîng H2SO4 tiÕu tèn cho qóa tr×nh nµy lµ:
(kg/h)
Lîng C6H4(SO3H)2 t¹o thµnh trong qóa tr×nh nµy lµ:
(kg/h)
Lîng H2O t¹o thµnh trong qóa tr×nh nµy lµ:
(kg/h)
VËy lîng H2SO4 tiÕu tèn cho qóa tr×nh nµy lµ: 164,37
(kg/h)
Lîng C6H4(SO3H)2 t¹o thµnh trong qóa tr×nh nµy lµ: 119,6
(kg/h)
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
54
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpLîng H2O t¹o thµnh trong qóa tr×nh nµy lµ: 32,707
(kg/h)
Tõ ph¶n øng (1) vµ (3) ta cã ph¶n øng (5)
2C6H6 + 2HO - SO3H C6H5 - SO2 - C6H5 + 2H2O
(5)
Trong thùc tÕ lîng benzen tiªu tèn cho qóa tr×nh nµy kho¶ng
1% lîng nguyªn liÖu nªn lîng benzen tiªu tèn cho qóa tr×nh nµy
lµ:
6541,436.0,01 = 65,414 (kg/h)
Theo ph¶n øng (5) ta cã thÓ tÝnh ®îc:
Lîng H2SO4 tiÕu tèn cho qóa tr×nh nµy lµ:
(kg/h)
Lîng C6H5 - SO2 - C6H5 t¹o thµnh cho qóa tr×nh nµy lµ
(kg/h)
Lîng H2O t¹o thµnh trong qóa tr×nh nµy lµ
(kg/h)
Nh vËy lîng benzen tinh khiÕt d trong qóa tr×nh nµy lµ
6541,436 - (6279,78 + 65,414 + 65,414) = 130,828
(kg/h)
VËy lîng benzen kü thuËt cßn d t¬ng øng lµ
(kg/h)
Lîng H2SO4 tinh khiÕt d trong qóa tr×nh lµ
8665,16 - (7889,98 + 164,37 + 41,09) = 569,72
(kg/h)
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
55
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpVËy lîng H2SO4 kü thuËt d t¬ng øng lµ
(kg/h)
Lîng níc t¹o thµnh trong qóa tr×nh nµy lµ
1449,18 + 32,707 + 15,1 = 1496,99 (kg/h)
Tõ qóa tr×nh tÝnh to¸n ë trªn cho qóa tr×nh sunpho hãa ta thu
®îc b¶ng c©n b»ng vËt chÊt sau.
Lîng nguyªn
liÖu vµo
Kg / h Lîng s¶n phÈm ra Kg / h
C6H6 6541,436 C6H5SO3H 12720,58
H2SO4 8665,16 C6H4(SO3H)2 199,6
T¹p chÊt 449,4 C6H5 - SO2 - C6H5 91,41
H2O 1496,99
C6H6 d 130,828
H2SO4 d 569,72
T¹p chÊt 449,4
Tæng lîng
vµo
15655,99
6
Tæng lîng ra 15658,52
8
II. TÝnh c©n b»ng cho qóa tr×nh trung hoµ.
C¸c s¶n phÈm ra khái qóa tr×nh sunpho hãa sÏ vµo thiÕt bÞ
trung hßa gåm cã c¸c s¶n phÈm sau: benzen sunpho axit,
benzen disunpho axit, di phenyl, sunphonat vµ mét phÇn H2SO4
d, kho¶ng 10% lîng axit kh«ng ph¶n øng vµ
b»ng 0,1.569,72 = 56,972 (kg/h)
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
56
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpC¸c ph¶n øng x¶y ra trong qóa tr×nh trung hßa lµ
2 C6H5SO3H + Na2SO3 2 C6H5SO3Na + H2O + SO2
(6)
C6H4(SO3H)2 + Na2SO3 C6H4(SO3Na)2 + H2O + SO2
(7)
H2SO4 + Na2SO3 Na2SO4 + H2O + SO2
(8)
Lîng H2SO4 dïng cho qóa tr×nh trung hoµ ®îc tÝnh nh sau.
V× hiÖu xuÊt cña qóa tr×nh trung hoµ lµ 100% nªn lîng
C6H5SO3H ®· ®îc
chuyÓn hãa lµ: 12720,58.1 = 12720,58 (kg/h)
Theo ph¶n øng (6) lîng Na2SO3 cÇn thiÕt cho ph¶n øng (6) lµ:
(kg/h)
Lîng C6H5SO3Na t¹o thµnh: (kg/h)
Lîng H2O t¹o thµnh lµ: (kg/h)
Lîng SO2 t¹o thµnh lµ: (kg/h)
Do qóa tr×nh chuyÓn hãa C6H4(SO3H)2 ®¹t hiÖu xuÊt 100% do
®ã lîng C6H4(SO3H)2 thu ®îc lµ 199,6 (kg/h)
Theo ph¶n øng (7) ta tÝnh ®îc
Lîng Na2SO3 cÇn thiÕt lµ: (kg/h)
Lîng C6H4(SO3Na)2 t¹o thµnh lµ: (kg/h)
Lîng H2O t¹o thµnh lµ: (kg/h)
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
57
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpLîng SO2 t¹o thµnh lµ: (kg/h)
Theo ph¬ng tr×nh ph¶n øng (8) ta cã
Lîng Na2SO3 cÇn thiÕt lµ : (kg/h)
VËy lîng Na2SO4 thu ®îc lµ: (kg/h)
VËy lîng H2O thu ®îc lµ: (kg/h)
VËy lîng SO2 thu ®îc lµ: (kg/h)
Tæng lîng Na2SO3 cÇn lµ: 5072,13 + 105,67 + 659,247 =
5837,047 (kg/h)
Thùc tÕ lîng Na2SO3 lÊy d 20% nªn lîng Na2SO3 cÇn dïng lµ
1,2.5837,047 = 7004,456 (kg/h)
Lîng Na2SO3 kü thuËt 82% cÇn dïng lµ: (kg/
h)
Lîng C6H5SO3H cha chuyÓn hãa lµ
12720,58 - 12720,58 = 0 (kg/h)
Lîng C6H4(SO3H)2 cha chuyÓn hãa lµ = 0 (kg/h)
Lîng Na2SO3 d lµ 7004,456 - 5837,047 = 1167,409 (kg/h)
Tæng lîng H2O thu ®îc lµ:
724,59 + 15,09 + 94,178 = 833,858 (kg/ h)
Lîng Na2SO3 kü thuËt d t¬ng øng lµ
(kg/h)
Tæng lîng SO 2 thu ®îc lµ:
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
58
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp
2576,32 + 53,67 + 334,856 = 2964,846 (kg/h)
Tõ sè liÖu tÝnh to¸n ë phÇn trªn chóng ta cã b¶ng c©n b»ng vËt
chÊt cho qóa tr×nh trung hoµ.
Lîng vµo Kg / h S¶n phÈm ra Kg / h
C6H5SO3H 12720,58 C6H5SO3Na 14491,8
C6H4(SO3H
)2
199,6 C6H4(SO3Na)2 236,5
Na2SO3 7004,456 Na2SO4 742,961
H2SO4 569,72 H2O 833,858
SO2 2964,846
Na2SO3 d 1167,409
C6H5SO3H d 0
C6H4(SO3H)2 d 0
H2SO4 d 56,972
Tæng vµo 20494,356 Tæng ra 20494,346
III. TÝnh c©n b»ng cho qóa tr×nh nung ch¶y
kiÒm.
C¸c ph¶n øng x¶y ra trong qóa tr×nh nung ch¶y kiÒm
2 C6H5SO3Na + 2NaOH 2 C6H5ONa + Na2SO3 + SO2
+ H2O (9)
C6H5-SO2- C6H5 + 4NaOH + 0,5 O2 2C6H5ONa + Na2SO3 +
2H2O (10)
C6H5 - SO2 - C6H5 + 2 NaOH C6H5 - C6H5 + Na2SO3
+H2O (11)
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
59
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp C6H4(SO3Na)2 + 4NaOH C6H4(ONa)2 + 2Na2SO3
+2H2O (12)
Ngoµi ra ë nhiÖt ®é cao cßn x¶y ra mét sè ph¶n øng nh sau:
2 C6H5ONa + 0,5O2 NaO-C6H4- C6H4- ONa + H2O
(13)
C6H5ONa + C6H5ONa C6H5-O- C6H5 + Na2SO3
(14)
C6H5SO3Na C6H5S Na + 1,5 O2
(15)
TÝnh lîng vËt chÊt vµo thiÕt bÞ
V× hiÖu xuÊt cña qóa tr×nh nung ch¶y kiÒm lµ 95% nªn lîng
C6H5SO3Na chuyÓn hãa thµnh C6H5SO3Na lµ
(kg/h)
Theo ph¶n øng (9) chóng ta cã thÓ tÝnh ®îc
Lîng NaOH cÇn cã lµ
(kg/h)
Lîng C6H5ONa t¹o thµnh lµ
(kg/h)
Lîng Na2SO3 t¹o thµnh lµ
(kg/h)
Lîng S2O t¹o thµnh lµ
(kg/h)
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
60
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpLîng H2O t¹o thµnh lµ
(kg/h)
Diphenyl sunpho tham gia ph¶n øng t¹o ra 2 s¶n phÈm lµ
phenolat vµ dephenyl.Trong ®ã 60% Diphenyl sunpho t¹o thµnh
phenolat (10), cßn 40% ph¶n øng t¹o thµnh diphenyl (11).
VËy lîng diphenyl sunfo tham gia (10) lµ
(kg/h)
VËy lîng diphenyl sunfo tham gia (11) lµ
(kg/h)
Theo ph¬ng tr×nh ph¶n øng (10) ta cã :
VËy lîng NaOH cÇn cã lµ (kg/h)
VËy lîng O2 cÇn cã lµ (kg/h)
VËy lîng Na2SO3 t¹o ra lµ (kg/h)
VËy lîng H2O t¹o ra lµ (kg/h)
VËy lîng phenolat t¹o thµnh lµ (kg/h)
Theo ph¶n øng (11) ta cã
Lîng diphenyl t¹o thµnh trong ph¶n øng (11) lµ
(kg/h)
Lîng NaOH cÇn thiÕt cho ph¶n øng lµ
(kg/h)
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
61
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpLîng Na2SO3 t¹o thµnh lµ
(kg/h)
Lîng H2O t¹o thµnh lµ
(kg/h)
Theo ph¶n øng (12) ta cã
Lîng C6H4(SO3Na)2 vµo thiÕt bÞ lµ 236,5 (kg/h)
Lîng NaOH cÇn thiÕt cho ph¶n øng nµy lµ
(kg/h)
Lîng C6H4(ONa)2 t¹o ra (kg/h)
Lîng Na2SO3 t¹o thµnh lµ
(kg/h)
Lîng H2O t¹o thµnh lµ (kg/
h)
Theo ph¶n øng (13) ta cã
Lîng C6H5ONa tham gia ph¶n øng (13) lµ
(8872,202 + 58,368).0,002 = 17,861 (kg/h)
Lîng O2 cÇn lµ: (kg/h)
Lîng NaO-C6H4-C6H4-ONa t¹o thµnh lµ: (kg/h)
Lîng H2O t¹o thµnh lµ (kg/h)
Ph¶n øng (14)
Lîng C6H5ONa tham gia ph¶n øng (14) lµ
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
62
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp
(8872,202 + 58,368).0,009 = 80,375 (kg/h)
Lîng (C6H5 )2O t¹o ra lµ (kg/h)
Lîng Na2SO3 t¹o thµnh lµ (kg/h)
Theo ph¬ng tr×nh ph¶n øng (15) :
Lîng C6H5SO3Na tham gia (15) lµ: 14491,8 - 13767,21 = 724,59
(kg/h)
Lîng C6H5SNa t¹o ra lµ (kg/h)
Lîng O2 t¹o thµnh lµ (kg/h)
VËy ta cã lîng vµo thiÕt bÞ lµ
C6H5SO3Na = 14491,8 (kg/h)
C6H5 - SO2-C6H5 = 91,41 (kg/h)
C6H4(SO3Na)2 = 236,5 (kg/h)
NaOH = 3059,38 + 40,254 + 13,418 + 134,184 =
3247,236 (kg/h)
Mµ NaOH lÊy d so víi ph¶n øng 20% nªn lîng NaOH thùc tÕ cÇn
dïng lµ :
3247,236.1,2 = 3896,683 (kg/h)
vËy lîng NaOH kü thuËt lµ (kg/h)
Lîng NaOH d lµ 3896,683 - 3247,236 = 649,447
(kg/h)
Lîng O2 4,025 + 1,232 = 5,257 (kg/h)
Lîng t¹p chÊt vµo lµ 449,4 (kg/h)
Tæng lîng vµo lµ 19171,05 (kg/h)
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
63
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpLîng ra khái thiÕt bÞ lµ
C6H5ONa = (8872,202 + 58,368) - (17,861 + 80,375) =
8832,334 (kg/h)
Tæng lîng Na2SO3 t¹o ra lµ
4818,523 + 31,7 + 21,133 + 211,34 + 43,652 = 5126,348
(kg/h)
Tæng lîng H2O t¹o ra trong qu¸ tr×nh nung ch¶y kiÒm lµ
688,360 + 9,057 + 3,019 + 30,191 + 1,386 = 732,013
(kg/h)
Tõ qóa tr×nh tÝnh to¸n trªn chóng ta cã thÓ lËp ®îc b¶ng c©n
b»ng vËt chÊt cho qóa tr×nh nµy.
Lîng vµo Kg / h S¶n phÈm ra Kg / h
C6H5SO3Na 14491,8 C6H5ONa 8832,33
4
C6H4(SO3Na)2 236,5 Na2SO3 5126,34
8
C6H5-SO2- C6H5 91,41 H2O 732,013
NaOH 3896,683 C6H5-O- C6H5 58,895
T¹p chÊt 449,4 C6H5- C6H5 25,829
Lîng O2 5,257 C6H4(ONa)2 129,152
NaO-C6H4-C6H4-
ONa
17,707
C6H5S Na 531,366
NaOH d 649,447
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
64
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp
SO2 2447,50
4
T¹p chÊt 449,4
O2 187,967
Tæng lîng vµo 19171,05 Tæng s¶n phÈm
ra
19177,9
62
IV. Qóa tr×nh dËp t¾t.
Toµn bé lîng hçn hîp thu ®îc sau qóa tr×nh nãng ch¶y kiÒm
cã chøa kho¶ng 40% phenolat, 45 % natri sunphit, phÇn cßn l¹i
lµ natri sunphit chÊt kh«ng tham gia ph¶n øng vµ phenolat cao
®îc ®a sang thiÕt bÞ lµm nguéi gäi lµ thiÕt bÞ dËp t¾t. §ã
chÝnh lµ qóa tr×nh dËp t¾t.
Theo ®Çu bµi hiÖu xuÊt cña qóa tr×nh dËp t¾t lµ 99%. Do
®ã sau qóa tr×nh dËp t¾t chóng ta thu ®îc lîng phenolat lµ
(kg/h)
V. Qóa tr×nh läc.
Hçn hîp sau khi thu ®îc lµm nguéi ®Õn nhiÖt ®é kho¶ng 40-50 0C khi ®ã ta tiÕn hµnh qóa tr×nh läc. Theo ®Çu bµi hiÖu xuÊt
cña qóa tr×nh ®¹t 98%. Do ®ã sau qóa tr×nh läc ta thu ®îc
phenolat lµ (kg/h)
Trong ®ã chøa mét lîng nhá gåm C6H5-O- C6H5 , C6H5- C6H5 ,
C6H4(ONa)2 ,
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
65
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpC6H5S Na, Na2SO4, NaO-C6H4-C6H4-ONa vµ mét sè t¹p chÊt kh¸c.
Sau qóa tr×nh läc t¹p chÊt chØ cßn l¹i kho¶ng 60% so víi lîng t¹p
chÊt lóc ban ®Çu.
Lîng C6H5-O- C6H5 cßn l¹i lµ 0,6 .58,895 = 35,337
(kg/h)
Lîng C6H5- C6H5 cßn l¹i lµ 0,6 .25,829 = 15,497
(kg/h)
Lîng C6H4(ONa)2 cßn l¹i lµ 0,6 .129,152 = 77,491
(kg/h)
Lîng C6H5S Na cßn l¹i lµ 0,6 .531,366 = 318,82
(kg/h)
Lîng Na2SO3 cßn l¹i lµ 0,6 .5126,348 =
3031,985 (kg/h)
Lîng NaO-C6H4-C6H4-ONa cßn l¹i lµ 0,6 . 17,707 = 10,624
(kg/h)
Lîng t¹p chÊt cßn l¹i lµ 0,6 . 449,4 = 269,64 (kg/h)
VI. TÝnh to¸n c©n b»ng cho qóa tr×nh axit hãa.
Sau qóa tr×nh läc chóng ta tiÕp tôc ®a sang qóa tr×nh axit
hãa. C¸c ph¶n øng x¶y ra trong qóa tr×nh axit hãa nh sau:
Ph¶n øng chÝnh x¶y ra lµ .
2 C6H5ONa + H2O + SO2 2 C6H5OH + Na2SO3
(16)
Ph¶n øng phô x¶y ra lµ.
C6H4(ONa)2 + H2O + SO2 C6H4(OH)2 + Na2SO3
(17)
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
66
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp2 C6H5S Na + H2O + SO2 2 C6H5S H +
Na2SO3 (18)
NaO-C6H4-C6H4-ONa + H2O + SO2 OH - (C6H4) – OH +
Na2SO3 (19)
TÝnh lîng vµo thiÕt bÞ axit hãa
TÝnh lîng phenol t¹o thµnh
Theo ®Çu bµi hiÖu xuÊt cña qóa tr×nh axit hãa lµ 99,5 % nªn l-
îng phenolat ®· chuyÓn hãa theo ph¶n øng (16) lµ
(kg/h)
Lîng SO2 cÇn thiÕt cho ph¶n øng lµ
(kg/h)
Lîng H2O cÇn thiÕt cho ph¶n øng lµ
(kg/h)
Lîng C6H5OH t¹o thµnh lµ (kg/h)
Lîng Na2SO3 t¹o thµnh lµ
(kg/h)
Theo ph¶n øng (17) ta cã
Lîng SO2 cÇn cã lµ (kg/h)
Lîng H2O cÇn cã lµ (kg/h)
Lîng C6H4(OH)2 t¹o thµnh lµ (kg/h)
Lîng Na2SO3 t¹o thµnh lµ (kg/h)
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
67
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpTheo ph¶n øng (18) ta cã
Lîng SO2 cÇn cã lµ (kg/h)
Lîng H2O cÇn cã lµ (kg/h)
Lîng C6H5S H t¹o thµnh lµ (kg/h)
Lîng Na2SO3 t¹o thµnh lµ (kg/h)
Theo ph¶n øng (19) ta cã
Lîng SO2 cÇn cã lµ (kg/h)
Lîng H2O cÇn cã lµ (kg/h)
Lîng OH - (C6H4)2 - OH t¹o thµnh lµ (kg/h)
Lîng Na2SO3 t¹o thµnh lµ (kg/h)
Lîng SO2 ®a vµo lÊy tõ giai ®o¹n trung hßa lµ: 2964,846 (kg/h)
Tæng lîng SO2 tiªu tèn lµ:
2352,078 + 32,204 + 77,289 + 2,956 =
2464,527 (kg/h)
VËy lîng SO2 cßn d lµ: 2964,846 - 2464,527 = 500,319 (kg/h)
Lîng C6H5ONa ®· chuyÓn hãa lµ: 8526,284 (kg/h)
Lîng C6H5ONa cßn d lµ: 8569,13 - 8526,284 = 42,846
(kg/h)
Tæng lîng H2O tiªu tèn lµ:
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
68
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp 661,522 + 9,057 + 21,738 + 0,831 = 693,148
(kg/h)
Tæng lîng Na2SO3 t¹o thµnh lµ:
4630,654 + 63,402 + 152,164 + 5,820 =
4852,04 (kg/h)
Tõ qóa tr×nh tÝnh to¸n ë phÇn trªn chóng ta cã thÓ lËp ®îc
b¶ng c©n b»ng vËt chÊt cho qóa tr×nh nµy.
Lîng vµo Kg / h S¶n phÈm ra Kg / h
C6H5ONa 8526,284 C6H5OH 6909,23
SO2 2964,846 Na2SO3 4852,04
H2O 693,148 C6H4(OH)2 55,35
C6H4(ONa)2 77,491 C6H5S H 265,683
C6H5S Na 318,82 OH -(C6H4)2-
OH
8,591
NaO-C6H4-C6H4-
ONa
10,624 C6H5ONa d 42,846
C6H5-O- C6H5 35,337 SO2 d 500,319
C6H5- C6H5 15,497 Na2SO3 3031,985
Na2SO3 3075,808 C6H5- C6H5 15,497
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
69
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp
T¹p chÊt 269,64 C6H5-O- C6H5 35,337
T¹p chÊt 269,64
Tæng lîng vµo 15987,495 Tæng lîng ra 15986,518
VII. Qóa tr×nh l¾ng.
Hçn hîp phenol vµ chÊt nhËn ®îc sau qóa tr×nh axit hãa ®-
îc ®a ®i l¾ng, t¸ch c¸c t¹p chÊt khi ®ã chóng ta thu ®îc phenol
th«. HiÖu suÊt cña qóa tr×nh nµy lµ 99% .VËy phenol nhËn ®îc
sau qóa tr×nh nµy lµ
6909,23.0,99 = 6840,138 (kg/h)
VIII. Qóa tr×nh chng cÊt.
Phenol th« sau qóa tr×nh l¾ng ®îc ®a vµo th¸p chng cÊt
thu ®îc phenol tinh khiÕt. Theo ®Çu bµi hiÖu suÊt cña qóa
tr×nh chng cÊt lµ 97%. Do ®ã lîng phenol thu ®îc sau qóa
tr×nh nµy lµ
6840,138.0,97 = 6634,933 (kg/h)
KÕt luËn
Sau qóa tr×nh tÝnh to¸n chóng ta cã thÓ rót ®îc c¸c lîng
nguyªn liÖu cho qóa tr×nh s¶n xuÊt phenol víi n¨ng suÊt 55.000
tÊn/n¨m ®îc thÓ hiÖn qua b¶ng sè liÖu sau.
Lîng nguyªn
liÖu
Kg / h Ghi chó
C6H6 99% 6813,99 Lîng kü thuËt
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
70
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp
H2SO4 98 % 8842 Lîng kü thuËt, lÊy d
1,06 mol so víi ph¶n
øng
Na2SO3 82% 8480,044 Lîng kü thuËt, lÊy d
20% so víi ph¶n øng
NaOH 85% 4584,333 Lîng kü thuËt, lÊy d
15% so víi ph¶n øng
SO2 2964,846 LÊy ë qu¸ tr×nh
trung hoµ
H2O 693,148
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
71
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp
Ch¬ng II: TÝnh c©n b»ng nhiÖt lîng trong c¸c qóa
tr×nh s¶n xuÊt
I. C©n b»ng nhiÖt lîng cña qóa tr×nh sunpho hãa
- NhiÖt ®é ®Çu vµo cña hçn hîp 25 0 C
- NhiÖt ®é ®Çu ra cña s¶n phÈm lµ 150 0C
Nguyªn liÖu C6H6 vµ H2SO4
Phîng tr×nh c©n b»ng nhiÖt lîng
Q1 + Q2 = Q3 + Q4 + Q5
Q1 – NhiÖt lîng do nguyªn liÖu mang vµo, Kcal / h
Q3 –NhiÖt lîng do ph¶n øng táa ra, Kcal / h
Q2 – NhiÖt lîng do s¶n phÈm mang ra, Kcal / h
Q4 – NhiÖt lîng mÊt m¸t ra m«i trêng, Kcal / h
Q5 --NhiÖt do t¸c nh©n lµm l¹nh, Kcal / h
1. NhiÖt lîng do nguyªn liÖu mang vµo.
Q1 = G1. C1. T1 + G2. C2. T2
Trong ®ã
T1 lµ nhiÖt ®é ®Çu vµo cña hçn hîp, b»ng 250C.
G1 lµ lîng C6H6 vµ G1 = 6813,99 (kg/h)
C1 lµ nhiÖt dung riªng cña C6H6 , C1 = 0,38 Kcal / kg.®é
G2 lµ lîng H2SO4 , G2= 8842 (kg/h)
C2 lµ nhiÖt dung riªng cña H2SO4 ,C1 = 0,35 Kcal / kg.®é
T2=T1
VËy Q1 = 6813,99.0,38.25 + 8842.0,35.25
=142100,405 (Kcal/h) = 142100,405.4,187 =
594974,395 (kj/h)
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
72
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp2. NhiÖt lîng do s¶n phÈm mang ra.
+ NhiÖt lîng do C6H5SO3H mang ra
q1 = C1 . m1 . t1
C1- lµ nhiÖt dung riÖng cña C6H5SO3H, Kcal / kg.®é
t1- lµ nhiÖt ®é cña s¶n phÈm ra, t1 = 150 0C
m1- lîng C6H5SO3H, m1 = 12720,58 (kg/h)
NhiÖt dung riªng cña hîp chÊt C6H5SO3H ®îc x¸c ®Þnh nh sau
M .C =n1.C1 + n2.C2
Trong ®ã
M – khèi lîng mol cña hîp chÊt
C lµ nhiÖt dung riªng cña hîp chÊt hãa häc, J/kg.®é
n1, n2 – sè nguyªn tö c¸c nguyªn tè trong hîp chÊt ®ã
C1,C2 – NhiÖt dung riªntg cña c¸c nguyªn tö t¬ng øng, J/ kg
nguyªn tö.®é
Tra b¶ng ta cã CC = 11700 J / kg nguyªn tö . ®é
CH = 18000 J / kg nguyªn tö . ®é
CS = 31000 J / kg nguyªn tö . ®é
CO = 25100 J / kg nguyªn tö . ®é
Thay vµo ta cã
158. C = 6.11700 + 6.18000 + 31000 + 3.25100
C = 1800,633 ( J / kg.®é)
VËy q1 = 12720,58. 1800,633. 150 = 3435764419 (J/h)
= 3435764,419 (kj/h)
+ NhiÖt lîng do H2O mang ra
q2 = C2 . m2 . t2
C2- lµ nhiÖt dung riÖng cña H2O, Kcal / kg.®é
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
73
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpt2- lµ nhiÖt ®é cña H2O ra , t2 = 150 0C
m2- lîng H2O , m2 = 1496,99 (kg/h)
C2 = 0,476 . 4,18 .103 J / kg.®é
q2 = 0,476 . 4,18 .103 . 150. 1496,99 = 446779659 (J/h)
= 446779,659 (kj/h)
+ NhiÖt lîng do benzen d mang ra
q3 = C3 . m3 . t3
Trong ®ã
C3- lµ nhiÖt dung riÖng cña benzen, Kcal / kg.®é
t3- lµ nhiÖt ®é cña benzen , t3 = 150 0C
m3- lîng benzen, m3 =130,828 (Kg / h)
C3 = 0,38 . 4,18 .103 J / kg.®é
Q3 = 0,38 . 4,187.103 . 150. 130,828 = 31171,079.
103 (j/ h )
=31171,079
(kj/h)
+ NhiÖt lîng do H2SO4 d mang ra
q4 = C4 . m4 . t4
Trong ®ã
C4- lµ nhiÖt dung riÖng cña H2SO4 d , Kcal / kg.®é
t3- lµ nhiÖt ®é cña H2SO4 , t4 = 150 0C
m4- lîng H2SO4 d, m4 =569,72 (kg/h)
C4 = 0,35 . 4,18 .103 J / kg.®é
q4 = 0,35 . 4,18 .103 . 150. 569,72 = 125025,054. 103 (J/h)
=125025,054 (kj/h)
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
74
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpVËy tæng nhiÖt lîng do s¶n phÈm mang ra lµ
Q3 = q1 + q2 + q3 + q4 = 3435764,419 + 446779,659
+31171,079 + 125025,054
=4038740,211 (kj/h) = 964590,449
(kcal/h)
3. NhiÖt lîng do ph¶n øng táa ra.
C¸c ph¶n øng to¶ nhiÖt
+ Ph¶n øng to¶ nhiÖt thø nhÊt
C6H6 + HO-SO3H C6H5SO3H + H2O (1)
H1 – HiÖu øng nhiÖt cña ph¶n øng (1)
H1 = ( ni .ci ) ®Çu - (ni .ci )cuèi
H1 = 3 C C=C + 3 C C-C + 6 C C-H + 2 C S=O +2 C H-O -3 C C=C
- 3 C C-C
- C S-S - 2 C S=O - C H-O - 2C H-O - 5C C-H
Tra b¶ng ta cã
C C=C =101,2 (Kcal / mol) C S=O = 92,2 ( Kcal / mol)
C C-H = 85,6 ( Kcal / mol ) C C-S = 54( Kcal / mol)
C C=S = 62,8 (Kcal / mol) C H-O = 110( Kcal / mol)
VËy H1 =-78,4 (Kcal / mol)
Sè mol C6H6 ®· tham gia ph¶n øng (1) lµ 83,864 (kmol/h)
q1= 83,864.103.78,4 = 6574981,826 (Kcal/h)
= 27529448,9 (kj/h)
+ Ph¶n øng to¶ nhiÖt thø hai
HO-SO3H + C6H5SO3H C6H4(SO3H)2 + H2O (2)
H2 – HiÖu øng nhiÖt cña ph¶n øng (1)
H2 = ( ni .ci ) ®Çu - (ni .ci )cuèi
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
75
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpH2 = C C=C + C C-H - C C-C - C C-S
Tra b¶ng ta cã
C C=C =101,2 Kcal / mol C S=O = 92,2 Kcal /
mol
C C-H = 85,6 Kcal / mol C C-S = 54 Kcal / mol
C C=S = 62,8 Kcal / mol C H-O = 110 Kcal / mol
VËy H1 =-70 Kcal / mol
Sè mol H 2SO4 ®· tham gia ph¶n øng (2) lµ
(kg/h) = 0,503 (kmol/h)
q2 = 503.70 = 35210 (Kcal/h) = 147424,27 (kj/h)
+ Ph¶n øng to¶ nhiÖt thø ba
C6H6 + C6H5SO3H C6H5-SO2- C6H5 + H2O (3)
H3 – HiÖu øng nhiÖt cña ph¶n øng (3)
H3 = ( ni .ci ) ®Çu - (ni .ci )cuèi
H3 = C C-H - C H-O
Tra b¶ng ta cã
C C=C =101,2 Kcal / mol C S=O = 92,2 Kcal /
mol
C C-H = 85,6 Kcal / mol C C-S = 54 Kcal / mol
C C=S = 62,8 Kcal / mol C H-O = 110 Kcal / mol
VËy H3 = 24,4 Kcal / mol
Sè mol C6H6 ®· tham gia ph¶n øng (3) lµ 0,419 (kmol/h)
q3 = 419. 24,4 = 10223,6 (Kcal/h) = 42806,213 (kj/h)
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
76
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpVËy tæng nhiÖt lîng do ph¶n øng to¶ ra lµ
Q2 = qi = 27529448,9 + 147424,27 + 42806,213
=27719679,38 (Kj/h)
4. NhiÖt lîng mÊt m¸t ra m«i trêng xung quanh.
Coi nhiÖt lîng mÊt m¸t ra m«i trêng xunh quanh lµ 5 % lîng
nhiÖt cÊp vµo
Q4 = 0, 05 .Q1 = 29748,719 (Kj/h) = 7105,02 (kcal/h)
5. NhiÖt lîng mÊt do t¸c nh©n lµm l¹nh.
NhiÖt lîng do t¸c nh©n lµm l¹nh ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc
sau:
QLL = Q5 = Q1 + Q2 - ( Q3 + Q4 )
QLL = Q5 = (142100,405 + 6620415,424) - (964590,449 +
7105,02)
=5790820,36 (Kj/h)
Tõ qóa tr×nh tÝnh to¸n trªn chóng ta cã thÓ lËp ®îc b¶ng c©n
b»ng nhiÖt lîng cho qóa tr×nh sunpho hãa.
Lîng nhiÖt
vµo
Kj / h NhiÖt lîng ra Kj / h
NL do nguyªn
liÖu mang
142100,40
5
NhiÖt lîng do s¶n
phÈm mang ra
964590,44
9
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
77
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpvµo
NhiÖt do
ph¶n øng
6620415,4
24
NhiÖt lîng mÊt m¸t
ra m«i trêng xunh
quanh
7105,02
NhiÖt do t¸c nh©n
lµm l¹nh
5790820,3
6
Tæng nhiÖt
lîng vµo
6.762.515,
829
Tæng nhiÖt lîng
mang ra
6.762.515,
829
II. TÝnh c©n b»ng nhiÖt lîng cho qóa tr×nh nãng
ch¶y kiÒm
- NhiÖt ®é ®Çu vµo cña hçn hîp 25 0 C
- NhiÖt ®é ®Çu ra cña s¶n phÈm lµ 330 0C
§Ó ®¬n gi¶n chóng ta coi nguyªn liÖu ph¶n øng gåm C6H5SO3
Na vµ NaOH, chóng ta cã ph¶n øng sau:
C6H5SO3 Na + 2 NaOH C6H5ONa + Na2SO3 + H2O
Ph¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt lîng
Q1 + Q2 = Q3 + Q4 +Q5
Trong ®ã
Q1 – NhiÖt lîng do nguyªn liÖu mang vµo, Kcal / h
Q2 –NhiÖt lîng do ph¶n ph¶n táa ra, Kcal / h
Q4 – NhiÖt lîng do s¶n phÈm mang ra, Kcal / h
Q3 – NhiÖt lîng mÊt m¸t ra m«i trêng, Kcal / h
Q5 --NhiÖt do t¸c nh©n lµm l¹nh, Kcal / h
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
78
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp
1. NhiÖt lîng do nguyªn liÖu mang vµo.
Q1 = G1. C1. T1 + G2. C2. T2
Trong ®ã
T1 lµ nhiÖt ®é ®Çu vµo cña C6H5SO3Na , b»ng 250C.
G1 lµ lîng C6H5SO3Na vµ G1 =14491,8 ( kg/h)
C1 lµ nhiÖt dung riªng cña C6H5SO3Na
G2 lµ lîng NaOH , G2 = 3832,146 (kg/h)
C2 lµ nhiÖt dung riªng cña NaOH , Kcal / kg.®é
NhiÖt dung riªng cña C6H5SO3Na ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc
sau
M . C = n1. C1 + n. C2 +.
Trong ®ã
M lµ khèi lîng mol cña hîp chÊt C6H5SO3Na
C lµ nhiÖt dung riÖng cña C6H5SO3Na
n1, n2 lµ sè nguyªn tö cña c¸c nguyªn tè trong C6H5SO3Na
C1,C2 lµ nhiÖt dung riªng cña c¸c nguyªn tè t¬ng øng, J / kg . ®é
Tra b¶ng ta cã c¸c sè liÖu sau
CC =11700 J / kg .nguyªn tö . ®é
CH = 18000 J / kg .nguyªn tö . ®é
CS = 31000 J / kg .nguyªn tö . ®é
CO =25100 J / kg .nguyªn tö . ®é
CNa =33500 J / kg .nguyªn tö . ®é
Thay c¸c gi¸ trÞ trªn vµo c«ng thøc®ã chóng ta cã
180 . C = 6. 11700 + 5. 18000 +31000 + 3. 25100 +
33500
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
79
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp
C = 1666,667 J / kg . ®é
NhiÖt dung riªng cña NaOH tÝnh nh sau
40 . C = 33500 + 25100 + 18000
CNaOH = 1915 J / kg . ®é
Q1 = 14491,8.1666,667.25 + 3832,146.1915.25 =
787289,1105 (KJ/h)
=188031,791 (kcal/h)
2. NhiÖt lîng do s¶n phÈm mang ra.
+ NhiÖt lîng do C6H5ONa mang ra
q1 = C1 . m1 . t1
C1- lµ nhiÖt dung riÖng cña C6H5ONa, Kcal / kg.®é
t1- lµ nhiÖt ®é cña s¶n phÈm ra, t1 = 330 0C
m1- lîng C6H5ONa , m1= 8832,334 (kg/h)
NhiÖt dung riªng cña hîp chÊt C6H5ONa ®îc x¸c ®Þnh nh sau
M .C =n1.C1 + n2.C2
Trong ®ã
M – khèi lîng mol cña hîp chÊt C6H5ONa
C lµ nhiÖt dung riªng cña C6H5ONa , J / kg . ®é
n1, n2 – sè nguyªn tö c¸c nguyªn tè trong hîp chÊt ®ã
C1,C2 – NhiÖt dung riªntg cña c¸c nguyªn tö t¬ng øng, J / kg
nguyªn tö . ®é
Tra b¶ng ta cã CC = 11700 J / kg nguyªn tö . ®é
CH = 18000 J / kg nguyªn tö . ®é
CS = 31000 J / kg nguyªn tö . ®é
CO = 25100 J / kg nguyªn tö . ®é
Thay vµo ta cã
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
80
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp
116. C = 6.11700 + 5.18000 + 25100 + 33500
C = 1886,207 (J / kg.®é)
VËy q1 = 8832,334. 1886,207 . 330 = 549767137,2 (J/h)
= 549767,1372 (kj/h) = 131303,352 (kcal/h)
+ NhiÖt lîng do Na2SO3 mang ra
q2 = C2 . m2 . t2
C2- lµ nhiÖt dung riÖng cña Na2SO3 , Kcal / kg.®é
t2- lµ nhiÖt ®é cña Na2SO3 mang ra, t1 = 330 0C
m2- lîng Na2SO3 , m2 = 5041,642 (kg/h)
NhiÖt dung riªng cña hîp chÊt Na2SO3 ®îc x¸c ®Þnh nh sau
M .C =n1.C1 + n2.C2
Trong ®ã
M – khèi lîng mol cña hîp chÊt Na2SO3
C lµ nhiÖt dung riªng cña Na2SO3 , J / kg . ®é
n1, n2 – sè nguyªn tö c¸c nguyªn tè trong hîp chÊt ®ã
C1,C2 – NhiÖt dung riªntg cña c¸c nguyªn tö t¬ng øng, J / kg
nguyªn tö . ®é
Tra b¶ng ta cã CC = 11700 J / kg nguyªn tö . ®é
CH = 18000 J / kg nguyªn tö . ®é
CS = 31000 J / kg nguyªn tö . ®é
CO = 25100 J / kg nguyªn tö . ®é
Thay vµo ta cã
126. C = 25100 + 31000 + 2. 33500
C = 976,984 ( J / kg.®é)
VËy q2 = 976,984.5041,642. 330 = 1625449177 (J/h)
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
81
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp = 1625449,177 (kj/h) = 388213,321 (kcal/h)
+ NhiÖt lîng do H2O mang ra
q3 = C3 . m3 . t3
C3- lµ nhiÖt dung riÖng cña H2O , C3 = 0,476 (kcal / kg.®é)
T3- lµ nhiÖt ®é cña mang H2O ra, t3 = 330 0C
m3- lîng H2O , m3 = 719,912( Kg / h)
q3 = 0,476.719,912. 330 = 113083,777 (kcal/h)
= 473481,774 (kj/h)
+ NhiÖt lîng do SO2 mang ra
q4 = C4 . m4 . t4
C4- lµ nhiÖt dung riÖng cña SO2 , C4 = 1268,75 (J / kg.®é)
T4- lµ nhiÖt ®é cña SO2 mang ra, t4 = 330 0C
m4- lîng , m4 = 2447,504 (kg/h)
q4 = 2447,504.1268,75 . 330 = 1024739,331 (kJ / h ) =
244743,093 (kcal/h)
VËy tæng nhiÖt lîng do s¶n phÈm mang ra lµ : Q3 =
549767,137 + 1625449,177 + 473481,774 + 1024739,331 =
877343,544 (kcal/h)
3. NhiÖt lîng do ph¶n øng táa ra.
C¸c ph¶n øng to¶ nhiÖt
+ Ph¶n øng to¶ nhiÖt thø nhÊt
2C6H5SO3Na + 2 NaOH 2 C6H5ONa + Na2SO3 + H2O +
SO2 (1)
H1 – HiÖu øng nhiÖt cña ph¶n øng (1)
H1 = ( ni .ci ) ®Çu - (ni .ci )cuèi
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
82
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpH1 = 3 C C=C + 3 C C-C + 5 C C-H + C S-C +2 C S=O + C O- Na +
2 C Na- O
+C H-O - 3C C-C - 5 C C-H - C Na-O - 3C C=C - C C-O - 2 C O -Na - 2C
O-H
Tra b¶ng ta cã
C C=C =101,2 Kcal / mol C S=O = 92,2 Kcal /
mol
C C-H = 85,6 Kcal / mol C C-S = 54 Kcal / mol
C C=S = 62,8 Kcal / mol C H-O = 110 Kcal / mol
VËy H1 =163 Kcal / mol
Sè mol C6H5SO3Na ®· tham gia ph¶n øng (1) lµ
(14491,8/180) = 80,51
(kmol/h)
q1= 80510.163=13123130 (Kcal/h) =54946545,31 (kj/h)
+ Ph¶n øng to¶ nhiÖt thø hai
C6H5-SO2- C6H5 + 4 NaOH + 0,5 O2 2 C6H5ONa + Na2SO3 + 2
H2O (2)
H2 – HiÖu øng nhiÖt cña ph¶n øng (2)
H2 = ( ni .ci ) ®Çu - (ni .ci )cuèi
H2 = C S=O + 0,5 C C=O
Tra b¶ng ta cã
C C=C =101,2 Kcal / mol C S=O = 92,2 Kcal /
mol
C C-H = 85,6 Kcal / mol C C-S = 54 Kcal / mol
C C=S = 62,8 Kcal / mol C H-O = 110 Kcal / mol
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
83
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpVËy H1 = 92,2 + 0,5 . 117,2 =150,8 (Kcal / mol )
Sè mol C6H5-SO2- C6H5 ®· tham gia ph¶n øng (2) lµ 0,419
(kmol/h)
q2 = 0,419.103 .150, 8 = 63185,2 (Kcal/h) = 264556,432
(kj/h)
+ Ph¶n øng to¶ nhiÖt thø ba
C6H4(SO3Na)2 + 4 NaOH C6H4(ONa)2 + Na2SO3 + H2O (3)
H3 – HiÖu øng nhiÖt cña ph¶n øng (3)
H3 = ( ni .ci ) ®Çu - (ni .ci )cuèi
H3 = 2 C S=O =2 . 92,2 = 184,4 kcal / mol
VËy H3 = 184,4 Kcal / mol
Sè mol C6H4(SO3Na)2 ®· tham gia ph¶n øng (3) lµ 0,503
( kmol / h)
q3 = 503.184,4 = 92753,2 (Kcal/h) = 388357,648 (kj/h)
VËy tæng nhiÖt lîng do ph¶n øng to¶ ra lµ
Q2 = qi = q1 +q2 + q3 =13123130 + 63185,2 + 92753,2 =
13279068,4 (Kcal/h)
4. NhiÖt lîng mÊt m¸t ra m«i trêng xung quanh.
Coi nhiÖt lîng mÊt m¸t ra m«i trêng xunh quanh lµ 5 % lîng
nhiÖt cÊp vµo
Q4 = 0, 05 .Q1 =9401,589 (Kcal/h)
5. NhiÖt lîng mÊt do t¸c nh©n lµm l¹nh.
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
84
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpNhiÖt lîng do t¸c nh©n lµm l¹nh ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc
sau:
QLL = Q5 = Q1 + Q2 - ( Q3 + Q4 )
QLL = Q5 = (188031,791 + 13279068,4) - (877343,544 +
9401,589)
=12580355,06 (Kcal/h)
Tõ qóa tr×nh tÝnh to¸n trªn chóng ta cã thÓ lËp ®îc b¶ng c©n
b»ng nhiÖt lîng cho qóa tr×nh nãng ch¶y kiÒm
Lîng nhiÖt vµo Kcal / h NhiÖt lîng ra Kcal / h
Nl do nguyªn
liÖu mang vµo
188031,79
1
NhiÖt lîng do s¶n
phÈm mang ra
877343,54
4
NhiÖt do ph¶n
øng to¶ ra
13279068,
4
NhiÖt lîng mÊt m¸t
ra m«i trêng xunh
quanh
9401,589
NhiÖt do t¸c nh©n
lµm l¹nh
12580355,
06
Tæng nhiÖt lîng
vµo
13.467.100
,19
Tæng nhiÖt lîng
mang ra
13.467.100
,19
III. C©n b»ng nhiÖt lîng cña qóa tr×nh axit hãa
- NhiÖt ®é ®Çu vµo cña hçn hîp 40 0 C
- NhiÖt ®é ®Çu ra cña s¶n phÈm lµ 25 0C
Phîng tr×nh c©n b»ng nhiÖt lîng
Q1 + Q2 = Q3 + Q4 + Q5
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
85
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpQ1 – NhiÖt lîng do nguyªn liÖu mang vµo, Kcal / h
Q2 –NhiÖt lîng do ph¶n ph¶n táa ra, Kcal / h
Q3 – NhiÖt lîng do s¶n phÈm mang ra, Kcal / h
Q4 – NhiÖt lîng mÊt m¸t ra m«i trêng, Kcal / h
Q5 --NhiÖt do t¸c nh©n lµm l¹nh, Kcal / h
1. NhiÖt lîng do nguyªn liÖu mang vµo.
- NhiÖt lîng do C6H5ONa mang vµo
q1 = G1. C1. T1
Trong ®ã
T1 lµ nhiÖt ®é ®Çu vµo cña C6H5ONa , b»ng 400C.
G1 lµ lîng C6H5ONa vµ G1 = 8526,284 (Kg/h)
C1 lµ nhiÖt dung riªng cña C6H5ONa , C1 = 1886,21 J / kg.®é
q1 = 8526,284. 1886,21 . 40 = 643294,485 (kj/h) =
153640,908 (kcal/h)
- NhiÖt lîng do SO2 mang vµo
q2= G2. C2. t2
Trong ®ã
t1 lµ nhiÖt ®é ®Çu vµo cña SO2 , b»ng 400C.
G2 lµ lîng SO2 vµ G2 = 2943,336 (Kg/h)
C2 lµ nhiÖt dung riªng cña SO2 nhiÖt dung riªng cña nã ®îc tÝnh
theo c«ng thøc sau ®©y:
10-3 . CP = a +b.T - cT-2
Víi a=12,78 .10-1 , b=2,671.10-4 , c=3,183 . 10-4
VËy CP =1532,704 J / kg .®é
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
86
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpq2 = 2943,336. 1532,704 . 40 = 180450,514 (kj/h) =
43097,806 (kcal/h)
- NhiÖt lîng do níc mang vµo
q3 = G3. C3. t3
Trong ®ã
t3 lµ nhiÖt ®é ®Çu vµo cña H2O , b»ng 400C.
G3 lµ lîng H2O vµ G3 = 689,518 (kg/h)
C3 lµ nhiÖt dung riªng cña H2O ë 400C , C3 = 101 Kcal / kg . ®é
Q3 = 689,518.101.40 = 2785652,72 (kcal/h)
- NhiÖt lîng do C6H4(ONa)2 mang vµo
q4 = G4. C4. t4
Trong ®ã
T4 lµ nhiÖt ®é ®Çu vµo cña C6H4(ONa)2 , b»ng 400C.
G4 lµ lîng C6H4(ONa)2 vµ G4 = 46,433 (kg/h)
C4 lµ nhiÖt dung riªng cña C6H4(ONa)2 ë 400C
NhiÖt dung riªng cña C6H4(ONa)2 ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc
sau
M .C4 =n1.C1 + n2.C2
Trong ®ã
M – khèi lîng mol cña hîp chÊt C6H4(ONa)2
C lµ nhiÖt dung riªng cña C6H4(ONa)2 , J / kg . ®é
n1, n2 – sè nguyªn tö c¸c nguyªn tè trong hîp chÊt ®ã
C1,C2 – NhiÖt dung riªntg cña c¸c nguyªn tö t¬ng øng, J / kg
nguyªn tö . ®é
Tra b¶ng ta cã CC = 11700 J / kg nguyªn tö . ®é
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
87
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp CH = 18000 J / kg nguyªn tö . ®é
CS = 31000 J / kg nguyªn tö . ®é
CO = 25100 J / kg nguyªn tö . ®é
Thay vµo ta cã
154. C4 = 6.11700 + 4.18000 +2. 25100 + 2.33500
C4 = 1684,41 J / kg.®é
VËy q4 = 46,433.1684,41.40 = 3128,488 (kJ/h) = 747,191
(kcal/h)
- NhiÖt lîng do C6H5S Na mang vµo
q5 = G5. C5. t5
Trong ®ã
t5 lµ nhiÖt ®é ®Çu vµo cña C6H5S Na, b»ng 400C.
G5 lµ lîng C6H5S Na vµ G5 = 318,82 (kg/h)
C5 lµ nhiÖt dung riªng cña C6H5S Na ë 400C
NhiÖt dung riªng cña C6H5S Na ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc
sau
M .C5 =n1.C1 + n2.C2
Trong ®ã
M – khèi lîng mol cña hîp chÊt C6H5S Na
C lµ nhiÖt dung riªng cña C6H5S Na, J / kg . ®é
n1, n2 – sè nguyªn tö c¸c nguyªn tè trong hîp chÊt ®ã
C1,C2 – NhiÖt dung riªntg cña c¸c nguyªn tö t¬ng øng, J / kg
nguyªn tö . ®é
Tra b¶ng ta cã CC = 11700 J / kg nguyªn tö . ®é
CH = 18000 J / kg nguyªn tö . ®é
CS = 31000 J / kg nguyªn tö . ®é
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
88
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp CO = 25100 J / kg nguyªn tö . ®é
Thay vµo ta cã
132. C5 = 6.11700 + 5.18000 +31000 + 33500
C5 = 1702,27 J / kg.®é
VËy q5 = 318,82.1702,27. 40 = 21708,708 (kJ/h) = 5184,788
(kcal/h)
- NhiÖt lîng do NaO- (C6H4)2-ONa mang vµo
q6 = G6. C6. t6
Trong ®ã
T6 lµ nhiÖt ®é ®Çu vµo cña , b»ng 400C.
G6 lµ lîng NaO- (C6H4)2-ONa vµ G6 = 10,624 (kg/h)
C6 lµ nhiÖt dung riªng cña NaO- (C6H4)2-ONa ë 400C
NhiÖt dung riªng cña NaO- (C6H4)2-ONa ®îc x¸c ®Þnh theo
c«ng thøc sau
M .C6 =n1.C1 + n2.C2
Trong ®ã
M – khèi lîng mol cña hîp chÊt NaO- (C6H4)2-ONa
C6 lµ nhiÖt dung riªng cña NaO- (C6H4)2-ONa , J / kg . ®é
n1, n2 – sè nguyªn tö c¸c nguyªn tè trong hîp chÊt ®ã
C1,C2 – NhiÖt dung riªntg cña c¸c nguyªn tö t¬ng øng, J / kg
nguyªn tö . ®é
Tra b¶ng ta cã CC = 11700 J / kg nguyªn tö . ®é
CH = 18000 J / kg nguyªn tö . ®é
CS = 31000 J / kg nguyªn tö . ®é
CO = 25100 J / kg nguyªn tö . ®é
Thay vµo ta cã
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
89
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp 230. C6 = 12.11700 + 8.18000 +2. 25100 + 2.33500
C6 = 1746,087 (J / kg.®é)
VËy q6 = 10,624.1746,087.40 = 742,017 (kJ/h) = 177,219
(kcal/h)
- NhiÖt lîng do C6H5-O- C6H5 mang vµo
q7 = G7. C7. t7
Trong ®ã:
t7 lµ nhiÖt ®é ®Çu vµo cña C6H5-O- C6H5 , b»ng 400C.
G7 lµ lîng C6H5-O- C6H5 vµ G7 =35,337 (kg/h)
C7 lµ nhiÖt dung riªng cña C6H5-O- C6H5 ë 400C
NhiÖt dung riªng cña C6H5-O- C6H5 ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng
thøc sau
M .C7 =n1.C1 + n2.C2
Trong ®ã
M – khèi lîng mol cña hîp chÊt C6H5-O- C6H5
C7 lµ nhiÖt dung riªng cña C6H5-O- C6H5 , J / kg . ®é
n1, n2 – sè nguyªn tö c¸c nguyªn tè trong hîp chÊt ®ã
C1,C2 – NhiÖt dung riªntg cña c¸c nguyªn tö t¬ng øng, J / kg
nguyªn tö . ®é
Tra b¶ng ta cã CC = 11700 J / kg nguyªn tö . ®é
CH = 18000 J / kg nguyªn tö . ®é
CS = 31000 J / kg nguyªn tö . ®é
CO = 25100 J / kg nguyªn tö . ®é
Thay vµo ta cã
120. C7 = 12.11700 + 10.18000 + 25100
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
90
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp
C7 = 2032,353 J / kg.®é
VËy q7 = 35,337. 2032,353.40 = 2872,690 (kJ/h) = 686,097
(kcal/h)
- NhiÖt lîng do C6H5- C6H5 mang vµo
q8= G8. C8. t8
Trong ®ã
t8 lµ nhiÖt ®é ®Çu vµo cña C6H5- C6H5 , b»ng 400C.
G8 lµ lîng C6H5- C6H5 vµ G8 = 15,497 (kg/h)
C8 lµ nhiÖt dung riªng cña C6H5- C6H5 ë 400C
NhiÖt dung riªng cña C6H5- C6H5 ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc
sau
M .C8 =n1.C1 + n2.C2
Trong ®ã
M – khèi lîng mol cña hîp chÊt C6H5- C6H5
C8 lµ nhiÖt dung riªng cña C6H5- C6H5 , J / kg . ®é
n1, n2 – sè nguyªn tö c¸c nguyªn tè trong hîp chÊt ®ã
C1,C2 – NhiÖt dung riªntg cña c¸c nguyªn tö t¬ng øng, J / kg
nguyªn tö . ®é
Tra b¶ng ta cã CC = 11700 J / kg nguyªn tö . ®é
CH = 18000 J / kg nguyªn tö . ®é
CS = 31000 J / kg nguyªn tö . ®é
CO = 25100 J / kg nguyªn tö . ®é
Thay vµo ta cã
154. C8 = 12.11700 + 10.18000
C8 = 2080,52 J / kg.®é
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
91
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpVËy q8 = 15,497. 2080,52. 40 = 1289,673 (kJ/h) = 308,018
(kcal/h)
- NhiÖt lîng do Na2SO3 mang vµo
q9= G9. C9. t9
Trong ®ã
t9 lµ nhiÖt ®é ®Çu vµo cña Na2SO3, b»ng 400C.
G9 lµ lîng Na2SO3 vµ G9 = 3024,985 (kg/h)
C9 lµ nhiÖt dung riªng cña Na2SO3 ë 400C
NhiÖt dung riªng cña Na2SO3 ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc
sau
M .C9 =n1.C1 + n2.C2
Trong ®ã
M – khèi lîng mol cña hîp chÊt Na2SO3
C9 lµ nhiÖt dung riªng cña Na2SO3, J / kg . ®é
n1, n2 – sè nguyªn tö c¸c nguyªn tè trong hîp chÊt ®ã
C1,C2 – NhiÖt dung riªntg cña c¸c nguyªn tö t¬ng øng, J / kg
nguyªn tö . ®é
Tra b¶ng ta cã CC = 11700 J / kg nguyªn tö . ®é
CH = 18000 J / kg nguyªn tö . ®é
CS = 31000 J / kg nguyªn tö . ®é
CO = 25100 J / kg nguyªn tö . ®é
Thay vµo ta cã:
142 . C9 = 2. 33500 +31000 + 3. 25100
C9 = 1220,423 ( J / kg.®é)
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
92
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpVËy q9 = 40.1220,423.3024,985 = 147670,45 (kJ/h) =
35268,796 (kcal/h)
Tõ qóa tr×nh trªn chóng ta tÝnh ®îc tæng lîng nhiÖt do nguyªn
liÖu mang vµo lµ:
Q1 = qi = 153640,908 + 43097,806 + 2785652,72 +
747,191 + 5184,788 + 177,219 + 686,097 + 308,018 +
35268,796 = 3024763,453 (kcal/h)
2. NhiÖt lîng do ph¶n øng táa ra.
C¸c ph¶n øng to¶ nhiÖt
Víi hiÖu xuÊt cña qóa tr×nh lµ 99,5% nªn bá qua c¸c ph¶n øng
phô, ph¶n øng x¶y ra theo ph¬ng tr×nh sau
2 C6H5ONa + SO2 + H2O 2C6H5OH + Na2SO3 (1)
H1 – HiÖu øng nhiÖt cña ph¶n øng (1)
H1 = ( ni .ci ) ®Çu - (ni .ci )cuèi
H1 = 6 C C=C + 6 C C-C + 2 C O-Na +2 C C-O + 10 C C- H + 2 C
S= O
+2 C H-O - 6C C=C - 6 C C=C +2 C Na-O + 2 C C-O + 10C C-H - C
S=O
-2 C O-H -2 C S-O
Tra b¶ng ta cã
C C=C =101,2 Kcal / mol C S=O = 92,2 Kcal / mol
C C-H = 85,6 Kcal / mol C C-S = 54 Kcal / mol
C C-C = 62,8 Kcal / mol C H-O = 110 Kcal / mol
C C-O = 75 Kcal / mol C S-O = 55,6 Kcal /
mol
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
93
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpVËy H1 = 92,2 -2 . 55,6 = -19 Kcal / mol
Sè mol C6H5ONa ®· tham gia ph¶n øng (1) lµ 73,502 (kmol/h)
Q2= 73,502.19 = 1396,546 (Kcal/h)
3. NhiÖt lîng do s¶n phÈm mang ra.
+ NhiÖt lîng do C6H5OH mang ra
q1 = C1 . m1 . t1
C1- lµ nhiÖt dung riÖng cña C6H5OH, Kcal / kg.®é
t1- lµ nhiÖt ®é cña s¶n phÈm C6H5OH ra, t1 = 25 0C
m1- lîng C6H5OH , m1= 6909,23 (Kg/h)
NhiÖt dung riªng cña hîp chÊt C6H5OH ®îc x¸c ®Þnh nh sau
M .C =n1.C1 + n2.C2
Trong ®ã
M – khèi lîng mol cña hîp chÊt C6H5OH
C lµ nhiÖt dung riªng cña C6H5OH , J / kg . ®é
n1, n2 – sè nguyªn tö c¸c nguyªn tè trong hîp chÊt ®ã
C1,C2 – NhiÖt dung riªntg cña c¸c nguyªn tö t¬ng øng, J / kg
nguyªn tö . ®é
Thay vµo ta cã
94. C1 = 6.11700 + 6.18000 + 25100
C1 = 2162,266 J / kg.®é
VËy q1 = 6909,23.2162,266.25 =373489827,9 (J/h) =
89202,252 (Kcal/h)
+ NhiÖt lîng do Na2SO3 mang ra
q2 = C2 . m2 . t2
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
94
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpC2- lµ nhiÖt dung riÖng cña Na2SO3, Kcal / kg.®é
t2- lµ nhiÖt ®é cña s¶n phÈm ra, t2 = 25 0C
m2- lîng Na2SO3 , m2 =4826,629 (Kg/h)
NhiÖt dung riªng cña hîp chÊt Na2SO3 ®îc x¸c ®Þnh nh sau
M .C 2 =n1.C1 + n2.C2
Trong ®ã
M – khèi lîng mol cña hîp chÊt Na2SO3
C2 lµ nhiÖt dung riªng cña Na2SO3 , J / kg . ®é
n1, n2 – sè nguyªn tö c¸c nguyªn tè trong hîp chÊt ®ã
C1,C2 – NhiÖt dung riªntg cña c¸c nguyªn tö t¬ng øng, J / kg
nguyªn tö . ®é
Thay vµo ta cã
C2 = 1375,4 J / kg . ®é
VËy q2 = 4826,629.1375,4.25 =16596368,2 (j/h) =39637,84
(Kcal/h)
+ NhiÖt lîng do C6H4(OH)2 mang ra
q3 = C3 . m3 . t3
C3- lµ nhiÖt dung riÖng cña C6H4(OH)2 , Kcal / kg.®é
t3- lµ nhiÖt ®é cña C6H4(OH)2 s¶n phÈm ra, t3 = 25 0C
m3- lîng C6H4(OH)2 , m3=33,166 (Kg/h)
NhiÖt dung riªng cña hîp chÊt C6H4(OH)2 ®îc x¸c ®Þnh nh sau
M .C3 =n1.C1 + n2.C2
Trong ®ã
M – khèi lîng mol cña hîp chÊt C6H4(OH)2
C3 lµ nhiÖt dung riªng cña C6H4(OH)2 , J / kg . ®é
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
95
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpn1, n2 – sè nguyªn tö c¸c nguyªn tè trong hîp chÊt ®ã
C1,C2 – NhiÖt dung riªntg cña c¸c nguyªn tö t¬ng øng, J / kg
nguyªn tö . ®é
Thay vµo ta cã
13. C3 = 6.11700 + 6.18000 + 2. 25100
C3 = 2021,239 J / kg.®é
VËy q3 = 33,166.2021,239.25 = 1675910,317 (Kcal/h)
+ NhiÖt lîng do OH -(C6H4)2- OH mang ra
q4 = C4 . m4 . t4
C4- lµ nhiÖt dung riÖng cña OH -(C6H4)2- OH , Kcal / kg.®é
t4- lµ nhiÖt ®é cña s¶n phÈm ra, t4 = 25 0C
m4- lîng OH -(C6H4)2- OH , m4 = 8,591 (Kg / h)
NhiÖt dung riªng cña hîp chÊt OH -(C6H4)2- OH ®îc x¸c ®Þnh
nh sau
M .C3 =n1.C1 + n2.C2
Trong ®ã
M – khèi lîng mol cña hîp chÊt OH -(C6H4)2- OH
C4 lµ nhiÖt dung riªng cña OH -(C6H4)2- OH , J / kg . ®é
n1, n2 – sè nguyªn tö c¸c nguyªn tè trong hîp chÊt ®ã
C1,C2 – NhiÖt dung riªntg cña c¸c nguyªn tö t¬ng øng, J / kg
nguyªn tö . ®é
Thay vµo ta cã
186. C4 = 12.11700 + 10.18000 + 2. 25100
C4 = 1992,473 J / kg.®é
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
96
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpVËy q4 = 8,591.1992,473.25 = 427933,388 (j/h) =102,205
(Kcal/h)
+ NhiÖt lîng do C6H5S H mang ra
q5 = C5 . m5 . t5
C3- lµ nhiÖt dung riÖng cña C6H5S H, Kcal / kg.®é
t5- lµ nhiÖt ®é cña C6H5S H s¶n phÈm ra, t5 = 25 0C
m5- lîng C6H5S H, m5 = 265,683 (Kg/h)
NhiÖt dung riªng cña hîp chÊt C6H5S H ® îc x¸c ®Þnh nh sau
M .C5 =n1.C1 + n2.C2
Trong ®ã
M – khèi lîng mol cña hîp chÊt C6H5S H
C5 lµ nhiÖt dung riªng cña C6H5S H , J / kg . ®é
n1, n2 – sè nguyªn tö c¸c nguyªn tè trong hîp chÊt ®ã
C1,C2 – NhiÖt dung riªng cña c¸c nguyªn tö t¬ng øng, J / kg
nguyªn tö . ®é
tra b¶ng ta cã :
Cc =11700 j/kg nguyªn tö ®é , CH = 18000 j/kg nguyªn
tö ®é,
Co = 25100 j/kg nguyªn tö ®é, CNa = 33500 j/kg nguyªn
tö ®é.
110 C5 = 6.11700 + 6.18000 + 31000
C5 =1901,818 (j/kg ®é)
C5 =1901,818 (J / kg.®é)
VËy q5 = 1901,818.265,683.25 =12632017,79 (j/h) = 3016,961
(Kcal/h)
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
97
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp
+ NhiÖt lîng do C6H5ONa d mang ra
q6 = C6 . m6 . t6
C6- lµ nhiÖt dung riÖng cña C6H5ONa, Kcal / kg.®é
t6- lµ nhiÖt ®é cña s¶n phÈm C6H5ONa ra, t6 = 25 0C
m6- lîng C6H5ONa, m6 = 42,846 (Kg/h)
NhiÖt dung riªng cña hîp chÊt C6H5ONa ®îc x¸c ®Þnh nh sau
M .C6 =n1.C1 + n2.C2
Trong ®ã: M - khèi lîng mol cña hîp chÊt C6H5ONa
C6 - lµ nhiÖt dung riªng cña C6H5ONa, J / kg . ®é
n1, n2 - sè nguyªn tö c¸c nguyªn tè trong hîp chÊt ®ã
C1,C2 - NhiÖt dung riªntg cña c¸c nguyªn tö t¬ng øng, J/kg
nguyªn tö . ®é
Thay vµo ta cã
C6 = 1886,21 (J / kg.®é)
VËy q6 = 42,846. 1886,21 . 25 = 2020,413 (kj/h) = 482,544
(Kcal/h)
+ NhiÖt lîng do SO2 mang ra
q7 = C7 . m7 . t7
C7- lµ nhiÖt dung riÖng cña SO2 , Kcal / kg.®é
t7- lµ nhiÖt ®é cña SO2 s¶n phÈm ra, t7 = 25 0C
m7- lîng SO2, m7 = 491,716 ( Kg / h)
C7 = 1536,204 (J / kg.®é)
q7 = 491,716.1536,204.25 = 18884,402 (kj/h) = 4510,246
(kcal/h)
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
98
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp+ NhiÖt lîng do Na2SO3 mang ra
q8 = C8 . m8 . t8
C8- lµ nhiÖt dung riÖng cña Na2SO3 , Kcal / kg.®é
t8- lµ nhiÖt ®é cña s¶n phÈm Na2SO3 ra, t8 = 25 0C
m8- lîng Na2SO3, m8= 3024,985 (kg/h)
C8 = 1375,4 (j/kg .®é)
q8 = 3024,985. 1375,4 .25 = 104014,109 (kj/h) = 24842,156
(kcal/h)
+ NhiÖt lîng do C6H5- C6H5 mang ra
q9 = C9 . m9 . t9
C9- lµ nhiÖt dung riÖng cña C6H5-O- C6H5 , Kcal / kg.®é
t9- lµ nhiÖt ®é cña s¶n phÈm C6H5-O- C6H5 ra, t9 = 25 0C
m9- lîng C6H5-O- C6H5 , m9 = 15,497 (kg/h)
C9 = 1536,204 (J / kg.®é)
q9 = 15,497.1536,204.25 = 595,163 (kj/h) = 142,146 (kcal/h)
VËy tæng nhiÖt lîng mang ra lµ : Q3 = 1837846,667 (kcal/h)
4. NhiÖt lîng mÊt m¸t ra m«i trêng xung quanh.
NhiÖt lîng thÊt tho¸t ra m«i trêng xung quanh chóng ta coi gÇn
b»ng 5 % nhiÖt lîng do nguyªn liÖu cung cÊp vµo
Q4 =0,05 Q1 = 3024763,453.0,05 = 151238,173 (kcal/h)
5. NhiÖt lîng mÊt do t¸c nh©n lµm l¹nh.
NhiÖt lîng do t¸c nh©n lµm l¹nh ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc
sau:
QLL = Q5 = Q1 + Q2 - ( Q3 + Q4 )
QLL=Q5=
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
99
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp3024763,453 + 1396,546 - (1837846,667 + 151238,173) =
1037075,159 (Kcal/h)
Tõ qóa tr×nh tÝnh to¸n trªn chóng ta cã thÓ lËp ®îc b¶ng c©n b»ng nhiÖt lîng cho qóa tr×nh
axit hãa .
Lîng nhiÖt vµo Kcal / h NhiÖt lîng ra Kcal / h
Nl do nguyªn
liÖu mang vµo
3024763,4
53
NhiÖt lîng do s¶n
phÈm mang ra
1837846,6
67
NhiÖt do ph¶n
øng
1396,546 NhiÖt lîng mÊt m¸t
ra m«i trêng xunh
quanh
151238,17
3
NhiÖt do t¸c nh©n
lµm l¹nh
1037075,1
59
Tæng nhiÖt lîng
vµo
3.026.159,
999
Tæng nhiÖt lîng
mang ra
3.026.159,
999
Ch¬ng III :
TÝnh to¸n thiÕt bÞ chÝnh
I. TÝnh thÓ tÝch lµm viÖc cña thiÕt bÞ chÝnh:
Tra b¶ng ta cã:
- Khèi lîng riªng cña benzen C6H6 :
= 880 g/l
- Khèi lîng riªng cña axit sunfuric H2SO4:
= 1832 g/l
- Lu lîng benzen ®a vµo thiÕt bÞ:
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
100
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp
V1 = (l/h)
- Lu lîng axit sunfuric ®a vµo thiÕt bÞ lµ:
V1 = (l/h)
- VËy thÓ tÝch hçn hîp nguyªn liÖu ®i vµo thiÕt bÞ lµ:
Vhh = V1 + V2 = 7433,45 + 4729,89 = 12163,34 (l/h)
- Chän thÓ tÝch thiÕt bÞ:
Vhh = 70 80% VthiÕt bÞ
VthiÕt bÞ = 12163,34. = 17376,2 (l/h) = 17,376 (m3/h)
MÆt kh¸c VthiÕt bÞ = S.H
Trong ®ã: S: TiÕt diÖn cña th¸p, m2
H: ChiÒu cao thiÕt bÞ, m
D: §êng kÝnh cña th¸p, m
S = Chän D = 1,6 m
ChiÒu cao thiÕt bÞ lµ: H = 6 m
II. TÝnh to¸n c¬ khÝ mét sè chi tiÕt chñ yÕu cña
thiÕt bÞ:
1. TÝnh chiÒu dµy th©n th¸p.
S = ,m
Trong ®ã:
- Dt: §êng kÝnh trong cña th¸p, m
- : HÖ sã bÒn cña thµnh h×nh trô theo ph¬ng däc
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
101
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp
- C: HÖ sè bæ xung so ¨n mßn vµ dung sai vÒ chiÒu dµy,
m
- P: ¸p suÊt thiÕt bÞ, N/m2
- P = Pmt + Ph
- Pmt: ¸p suÊt lµm viÖc cña thiÕt bÞ Pmt = 1.106, N/m2
- Ph: ¸p suÊt thuû tÜnh cña níc, Ph = .g.H, N/m2
Víi g: Gia tèc träng trêng, g = 9,81 m/s2
H: ChiÒu cao cét chÊt láng, H = 4m
S: Khèi lîng riªng cña chÊt láng, kg/m3
= 1356 kg/m3
Ph = .g.H = 1356.9,81.4
Ph = 5,32.104 N/m2
Ph = 1.106 + 5,32.104 = 1,05.106 N/m2
Tra b¶ng ta cã: = 0,95
C = C1 + C2 + C3
C1: Bæ xung do ¨n mßn, C1 = 1 mm
C2: Bæ xung do bµo mßn, C2 = 0
C3: Dung sai vµ chiÒu dµy C3 = 0,8 mm
- øng suÊt cña thÐp CT3 theo giíi h¹n bÒn kÐo:
- [k] = (N/m2)
Tra b¶ng : nk =2,6 HÖ sè an toµn
= 1, hÖ sè ®iÒu chØnh
Suy ra: [k] = (N/m2)
- øng suÊt cho phÐp tÝnh theo giíi h¹n ch¶y:
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
102
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp
[k = ] (N/m2)
Tra b¶ng nc = 1,5 : hÖ sè an toµn
= 1, hÖ sè ®iÒu chØnh
Suy ra: [k] = (N/m2)
Ta lÊy gi¸ trÞ nhá h¬n trong hai kÕt qu¶ võa t×nh ®îc cña øng
suÊt ®Ó tÝnh to¸n:
Ta lÊy [k] = 173,08.106 (N/m2)
V×
Do ®ã cã thÓ bá qua ®¹i lîng P ë mÉu sè trong c«ng thøc tÝnh
chiÒu dµy:
S =
S = ,m
Chän S = 8 mm
Chän ®¸y vµ n¾p elip cña thiÕt bÞ cã cïng kÝch cì:
S®¸y = Sn¾p = 8 mm
S = 8 mm hb = 400 mm
Dt = 1600 mm h = 40 mm
2. TÝnh ®êng kÝnh èng dÉn s¶n phÈm vµ nguyªn liÖu.
d = ,m
Trong ®ã: : Tèc ®é trung b×nh , chän = 0,2 m/s
V: Lu lîng thÓ tÝch hçn hîp, V = 4,27 m3/h = 1,18.10-3
m3/h
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
103
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp
d = m = 86,7 mm
Chän d = 100 mm
Chän ®êng kÝnh èng ®a nguyªn liÖu vµo lµ 100 mm.
Chän ®êng kÝnh èng h¬i lµ 100 mm.
3. Chän bÝch nèi thiÕt bÞ.
Chän bÝch cña n¾p vµ th©n, th©n - th©n, th©n - ®¸y cïng mét
kiÓu bÝch vµ cïng mét kÝch cì.
Chän kiÓu bÝch liÒn víi thiÕt bÞ lµm b»ng thÐp.
Tra b¶ng ta cã c¸c th«ng sè vÒ bÝch:
P = 1.106 N/m2 D = 1810 mm D1 = 1675 mm Bu l«ng db =
M20
Dt = 1600 mm Db = 17400
mm
D0 = 1619 mm Z = 52 c¸i
Chän mÆt bÝch ®Ó l¾p ghÐp c¸c èng dÉn vµo th©n hoÆc ®¸y
vµ n¾p. Chän lo¹i bÝch liÒn b»ng kim lo¹i ®en kiÓu 1 ®Ó nèi
c¸c bé phËn cña thiÕt bÞ.
B¶ng: Sè liÖu vÒ bÝch
P =
1.106
N/m2
Dy
m
m
KÝch híc nèi Bu l«ng H
m
m
Dn ,m
m
Dt ,mm D ,mm Dl ,mm Db Z
1,0 10
0
108 205 170 148 M1
6
4 22
III. CÊu t¹o cña chãp vµ èng ch¶y chuyÒn.
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
104
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp- Chän ®êng kÝnh cña èng h¬i, m
dh = 66 mm = 0,066 m
- Sè chãp trªn ®Üa ®îc tÝnh:
n =
Trong ®ã:
D: §êng kÝnh trong cña th¸p, D = 1,6 m
BÒ mÆt tù do cña ®Üa, Ftù do = 0,1
n = chãp
Quy chuÈn sè chãp lµ n = 66 chãp
§êng kÝnh cña chãp:
dch =
: ChiÒu dµy cña chãp, chän = 3 mm
dch =
dch = 97,67 mm (chän dch = 100 mm)
ChiÒu cao cña chãp phÝa trªn èng dÉn h¬i.
Hh = 0,25.dh = 0,25.0,066 = 0,0165 m
LÊy hh = 0,02 m = 20 mm
* §êng kÝnh èng ch¶y chuyÒn.
d = ,m
G: Lu lîng láng trung b×nh ®i trong th¸p, kg/h
: Khèi lîng riªng cña láng, kg/m3
w: Tèc ®é chÊt láng trong èng ch¶y chuyÒn w = 0,1 m/s
z: Sè èng ch¶y chuyÒn z = 1
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
105
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp
G = 6541,436 kg/h
= (880 + 1832)/2 = 1356 kg/m3
VËy ®êng kÝnh èng ch¶y chuyÒn:
d = ,m
Kho¶ng c¸ch tõ mÆt ®Üa ®Õn ch©n chãp.
Trong thùc tÕ thêng lÊy s = 5 mm
ChiÒu cao møc chÊt láng trªn khe chãp
Trong thùc tÕ hl = 30 mm
ChiÒu cao cña khe chãp
LÊy b = 0,072 m = 72 mm
Sè lîng khe hë mçi chãp
i =
c: Kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c khe, chän c = 4 mm
b: ChiÒu cao cña khe chãp, mm
dch: §êng kÝnh chãp, mm
dh: §êng kÝnh èng h¬i, mm
i = mm
Chän i = 66 khe chãp
ChiÒu réng cña khe chãp, mm
a = mm
Chän a = 1 mm
Kho¶ng c¸ch tõ ®Üa ®Õn ch©n èng ch¶y chuyÒn. LÊy S = 5
mm
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
106
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpKho¶ng c¸ch tõ t©m èng ch¶y chuyÒn ®Õn t©m chãp gÇn
nhÊt.
T =
Ll : Kho¶ng c¸ch nhá nhÊt gi÷a chãp vµ èng ch¶y chuyÒn
Chän ll = 75 mm
Ta ®îc:
T = mm
Chän T = 190 mm
ChiÒu cao cña chãp: lÊy l = 90 mm
ChiÒu cao cña èng dÉn h¬i trªn ®Üa
Lh = 1 - - hh = 90 - 3 - 20 = 67 mm
Chän Lh = 65 mm
PhÇn IV:
TÝnh to¸n kinh tÕ vµ x©y dùng
Ch¬ng I:
X©y dùng
I. Giíi thiÖu:
Ph©n xëng s¶n xuÊt phenol ®i tõ benzen, víi n¨ng suÊt 55.000
tÊn/n¨m ®îc thiÕt kÕ vµ x©y dùng n»m trong khu liªn hîp läc
dÇu Dung QuÊt - Qu¶ng Ng·i.
Tæng mÆt b»ng cã diÖn tÝch lµ: 10.000 m2.
Sè c«ng nh©n lµm viÖc trong ph©n xëng lµ 20 ngêi.
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
107
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpPh©n xëng s¶n xuÊt phenol ®îc x©y dùng t¹i Dung QuÊt -
Qu¶ng Ng·i lµ do c¸c yÕu tè thuËn lîi sau:
- Nguyªn liÖu (Benzen) ®Ó s¶n xuÊt Phenol ®îc lÊy trùc tiÕp
ngay t¹i khu liªn hîp läc dÇu.
- Chi phÝ cho viÖc vËn chuyÓn sÏ gi¶m rÊt nhiÒu, ®em l¹i lîi
nhuËn cao (chiÕm 40-60%) gi¸ thµnh s¶n phÈm).
- ViÖc sö dông khÝ th¶i, phÕ phÈm ®îc tËp trung, do ®ã Ýt ¶nh
hëng ®Õn vÊn ®Ò m«i sinh còng nh chi phÝ cho qu¸ tr×nh sö lý
c¸c phÕ th¶i ®ã.
II. C¸c yªu cÇu ®èi víi ®Þa ®iÓm x©y dùng.
1. Yªu cÇu chung.
* §Þa ®iÓm x©y dùng ph¶i phï hîp víi qui ho¹ch l·nh thæ, qui
ho¹ch vïng, qui ho¹ch côm kinh tÕ c«ng nghiÖp ®· ®îc c¸c cÊp
cã thÈm quyÒn phª duyÖt.
* Ph©n xëng ph¶i gÇn víi nguån cung cÊp nguyªn liÖu cho s¶n
xuÊt vµ gÇn n¬i tiªu thô s¶n phÈm.
* Phï hîp vµ tËn dông tèi ®a hÖ thèng giao th«ng quèc gia, hÖ
thèng m¹ng líi cung cÊp ®iÖn.
* Ph¶i chän ®Þa ®iÓm x©y dùng gÇn víi n¬i cung cÊp vËt liÖu
x©y dùng, chó ý ®Õn kh¶ n¨ng cung øng c«ng nh©n cho x©y
dùng còng nh vËn hµnh nhµ m¸y sau nµy.
2. Yªu cÇu vÒ kü thuËt x©y dùng.
Khu ®Êt ph¶i cã kÝch thíc vµ h×nh d¹ng thuËn lîi cho viÖc x©y
dùng tríc m¾t còng nh viÖc më réng nhµ m¸y trong t¬ng lai.
Khu ®Êt ph¶i cao r¸o, tr¸nh ngËp lôc trong mïa ma lò.
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
108
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpKhu ®Êt ph¶i t¬ng ®èi bµng ph¼ng vµ cã ®é dèc tùu nhiªn tèt
nhÊt lµ 0,5 - 1% ®Ó h¹n chÕ kinh phÝ cho san lÊp mÆt b»ng
(chiÕm 10 - 15% gi¸ trÞ c«ng tr×nh)
Khu ®Êt ®îc chän kh«ng ®îc n»m trªn c¸c vïng cã má kho¸ng
s¶n hoÆc ®Þa chÊt kh«ng æn ®Þnh.
Cêng ®é khu ®Êt x©y dùng lµ 1,5 - 2,5 kg/cm2. Nªn x©y dùng
trªn nÒn ®Êt sÐt, sÐt pha c¸t... ®Ó gi¶m chi phÝ gia cè nÒn
mãng.
CÇn chó ý ®Õn mèi quan hÖ gi÷a khu d©n c ®« thÞ vµ khu
c«ng nghiÖp. Ph¶i ®¶m b¶o tíi møc cÇn thiÕt vÊn ®Ò m«i sinh.
III. Tæng mÆt b»ng nhµ m¸y.
1. C¸c h¹ng môc c«ng tr×nh
STT Tªn c«ng tr×nh ChiÒu dµi,
m
ChiÒu
réng, m
DiÖn tÝch,
m2
1 C¨ng tin vµ nhµ ¨n 24 12 288
2 Khu hµnh chÝnh 24 12 288
3 Nhµ ®Ó xe 36 12 648
4 Nhµ b¶o vÖ 4*6 4*6 96
5 Phßng ho¸ nghiÖm 9 6 54
6 Phßng kü thuËt 9 6 54
7 Phßng ®iÒu khiÓn 9 6 54
8 Nhµ s¶n xuÊt 48 15 720
9 Kho thµnh phÈm 18 12 216
10 Khu xö lý níc th¶i 18 12 216
11 Khu më réng s¶n 48 18 864
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
109
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp
xuÊt
12 Kho nguyªn liÖu 18 12 216
13 Nhµ cøu ho¶ 12 9 54
14 Khu s¶n xuÊt h¬i níc 24 12 108
15 Tr¹m cÊp níc 6 6 36
16 Tr¹m biÕn ¸p 6 6 36
17 Nhµ ®Ó xe chuyªn
dông
12 12 144
18 D¶i c©y xanh ph©n
c¸ch
19 Nhµ ®Ó xe 18 9 162
Tæng diÖn tÝch s¶n
xuÊt
4272
2. Nguyªn t¾c thiÕt kÕ.
Dùa vµo nguyªn t¾c ph©n vïng vµ dùa vµo ®Æc ®iÓm s¶n
xuÊt cña ph©n xëng mµ tæng mÆt b»ng ®îc ph©n ra lµm 4
vïng chÝnh sau:
- Khu hµnh chÝnh.
- Khu s¶n xuÊt vµ kho tµng.
- Khu n¨ng lîng phô trî.HÖ thèng giao th«ng vµ khu«n viªn
Khu hµnh chÝnh, héi trêng, c¨ng tin, nhµ ¨n, tr¹m y tÕ ®îc bè trÝ
phÝa tríc nhµ m¸y.
Khu s¶n xuÊt vµ kho tµng gåm nhµ s¶n xuÊt Phenol, kho thµnh
phÈm, kho chøa nguyªn liÖu, phßng thÝ nghiÖm, phßng kü
thuËt vµ phßng ®iÒu khiÓn trung t©m.
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
110
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpKhu n¨ng lîng phô trî gåm tr¹ biÕn thÕ, nhµ phßng ch¸y ch÷a
ch¸y, tr¹m cÊp níc.
HÖ thèng giao th«ng vµ c«ng viªn, ®êng giao th«ng víi chiÒu
réng 6m ®îc bè trÝ sao cho c¸c qu¸ tr×nh vËn chuyÓn, ®i l¹i,
phßng ch¸y thuËn tiÖn. Nguyªn t¾c ph©n vïng cã c¸c u khuyÕt
®iÓm sau:
* u ®iÓm:
- DÔ qu¶n lý theo tõng bé phËn, theo c¸c khu vùc, theo c¸c giai
®o¹n kh¸c nhau cña qu¸ tr×nh s¶n xuÊt.
- Víi nguyªn t¾c nµy sÏ thÝch hîp víi nh÷ng ph©n xëng cã c¸c
giai ®o¹n kh¸c nhau.
- HÖ thèng giao th«ng ®îc bè trÝ dÔ dµng h¬n.
- ThuËn lîi cho viÖc më réng vµ ph¸t triÓn nhµ m¸y trong t¬ng
lai.
- §Æc biÖt phï hîp víi ®Æc ®iÓm x©y dùng ë níc ta.
* Nh îc ®iÓm:
- D©y truyÒn s¶n xuÊt ph¶i kÐo dµi.
- HÖ thèng ®êng èng, ®êng giao th«ng t¨ng.
- HÖ sè x©y dùng, hÖ sè sö dông Ýt.
IV. ChØ tiªu kinh tÕ:
HÖ sè x©y dùng: Kxd = 28%
HÖ sè sö dông : Ksd = 65%
Trong ®ã:
Kxd =
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
111
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp
Ksd =
F – DiÖn tÝch toµn nhµ m¸y, F= 15.000 m2
A – DiÖn tÝch ®Êt x©y dùng, A = 6410 m2
B – DiÖn tÝch ®Êt lé thiªn, B = 3100 m2
C – DiÖn tÝch cña ®êng bé, vØa hÌ...., C = 3500 m2
V. KÕt cÊu c¸c c«ng tr×nh x©y dùng.
1. Nhµ hµnh chÝnh, nhµ ®iÒu khiÓn trung t©m, nhµ sinh ho¹t,
c¨ng tin, héi trêng, nhµ y tÕ ®îc thiÕt kÕ nh sau:
Nhµ x©y dùng cÊp 4 m¸i dèc vÒ hai phÝa, lîp bõng
fibroxim¨ng cã c¸c cét biªn b»ng bª t«ng cèt thÐp.
KÝch thíc cét lµ: 300x300x3600 mm.
Cét gi÷a cã c¸c kÝch thíc: 300x4400x4200 mm.
Dïng mãng ®¬n díi cét cã c¸c kÝch thíc lµ:
B¶ng: KÝch thíc mãng nhµ.
TiÕt diÖn cét C1 D1 C d H
300x300 800 800 1300 1300 600
2. Nhµ s¶n xuÊt.
- ChiÒu dµi nhµ 48m, chia lµm 8 bíc cét, mçi bíc cét 6m.
- ChiÒu cao nhµ lµ 10m.
- Cét cã kÕt cÊu b»ng bª t«ng cèt thÐp kÝch thíc phÇn díi vai cét
lµ 400x600x6200 mm, phÇn trªn vai cét cã kÝch thíc lµ
400x400x3200 mm.
- KÕt cÊu mãng dïng ®¬n díi cét cã dÇm mãng kÝch thíc
250x400x5900.
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
112
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp- DÇm hai m¸i (dèc vÒ hai phÝa) cã i = 1-15; L = 12m.
- DÇm m¸i khung thÐp l¾p ghÐp.
3. KÕt cÊu c¸c c«ng tr×nh phô trî nh tr¹m biÕn thÕ, nhµ
b¶o vÖ...
KÕt cÊu cña m¸i b»ng bª t«ng cèt thÐp, têng bao quanh dµy
220 mm, têng ng¨n dµy 110 mm. NÒn ®æ xim¨ng c¸t sái cã l¸t
g¹ch hoa.
VI. Giao th«ng vµ khu khu«n viªn.
§êng giao th«ng trong nhµ m¸y ®îc d¶i nhùa ®êng, cã
chiÒu réng 6m, chia lµm hai lµn chÝnh, nèi c¸c khu s¶n xuÊt víi
nhau ®¶m b¶o mËt ®é giao th«ng vËn chuyÓn c¸c nguyªn vËt
liÖu cïng nh s¶n phÈm dÔ dµng.
Hai bªn ®êng vµ xung quanh c¸c c«ng tr×nh ®îc trång c©y
®¶m b¶o c¶nh quan vµ gi÷ m«i sinh trong lµnh.
VII. Yªu cÇu khi x©y dùng nhµ m¸y.
- VÊn ®Ò hµng ®Çu lµ viÖc x©y dùng d©y chuyÒn c«ng nghÖ
tr¸nh c¾t nhau chång chÐo lªn nhau.
- ThiÕt bÞ gän gµng, an toµn, nhµ s¶n xuÊt x©y ®óng qui c¸ch
vµ thiÕt kÕ ®· ®Ò ra, ®¶m b¶o cho qu¸ tr×nh lµm viÖc kho¶ng
30 n¨m.
- Bé phËn cøu ho¶ bè trÝ ë c¸c vÞ trÝ thuËn tiÖn nhÊt.
- C¸c bé phËn xö lý khÝ th¶i, níc th¶i... ph¶i ®Æt cuèi híng giã
(cuèi nhµ m¸y) ®Ó ®¶m b¶o m«i sinh trong khu vùc nhµ m¸y.
- Bè trÝ c¸c ®êng cÊp nhiªn liÖu, nguyªn liÖu cho ph©n xëng
ph¶i thuËn tiÖn hîp lý vµ an toµn cho viÖc phßng ch¸y næ.
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
113
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
114
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpCh¬ng 2:
Kinh TÕTrong nÒn kinh tÕ thÞ rêng ngµy nay, viÖc x¸c ®Þnh c¸c
chØ tiªu kinh tÕ cã mét ý nghÜa rÊt quan träng, ®¶m b¶o vÒ
kinh tÕ th× sÏ duy tr× ®îc sù ho¹t ®éng còng nh cã nhiÒu kh¶
n¨ng më réng qui m« s¶n xuÊt trong t¬ng lai.
B¶n luËn ¸n nµy xin ®a ra ph¬ng híng h¹ch to¸n kinh tÕ cho
ph©n xëng s¶n xuÊt Phenol. Víi c¸c sè liÖu gi¶ thiÕt, do ®ã cã
thÓ kh«ng ®îc s¸t víi thùc tÕ.
I. Vèn ®Çu t cho ph©n xëng.
1. Vèn ®Çu t cè ®Þnh.
Vãn ®Çu t cè ®Þnh = vèn ®Çu t cho x©y dùng + Vèn ®Çu t
thiÕt bÞ.
a. Vèn ®Çu t cho x©y dùng nhµ xëng:
Trong toµn bä ph©n xëng, tÊt c¶ c¸c mÆt b»ng ®Òu tr¶i nhùa,
thiÕt kÕ theo kiÓu lé thiªn - b¸n lé thiªn.
Ngoµi nhµ s¶n xuÊt chÝnh cßn ph¶i x©y nhiÒu c«ng tr×nh phô
trî nh: Nhµ hµnh chÝnh, héi trêng...
Tæng diÖn tÝch nhµ m¸y lµ: 20.000 m2
Gi¶ thiÕt viÖc x©y dùng ph©n xëng cÇn: 300 triÖu ®ång.
Gi¶ thiÕt tiÒn c«ng nh©n x©y dùng lµ: 100 triÖu ®ång.
Vèn ®Çu t cho nhµ xëng lµ: 300 + 100 = 400 triÖu ®ång
b. Vèn ®Çu t thiÕt bÞ:
Gi¶ thiÕt ®Çu t cho thiÕt bÞ lµ 600 triÖu ®ång.
Vèn ®Çu t = 400 + 600 = 1.000 triÖu ®ång.
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
115
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp2. Vèn ®Çu t lu ®éng.
Sè vßng quay trong n¨m = 1.
Doanh thu = Gi¸ s¶n phÈm*S¶n lîng.
Gi¶ thiÕt gi¸ b¸n lµ: 5 triÖu ®ång/tÊn.
Doanh thu: 20.000*5.000.000 = 100.000 triÖu ®ång
Vèn ®Çu t lu ®éng lµ: 100.000/l = 100.000 triÖu ®ång.
3. Vèn ®Çu t ban ®Çu.
1.000 + 100.000 = 101000 triÖu ®ång
II. Ho¹ch to¸n chi phÝ kh¸c.
1. TÝnh to¸n nguyªn liÖu trùc tiÕp lµ: 50.000 triÖu ®ång
- Tæng ®Çu t nguyªn liÖu trùc tiÕp lµ: 50.000 triÖu ®ång
- Cho 1 ®¬n vÞ s¶n phÈm: 50.000/20.000 = 2,5 triÖu
®ång
- §iÖn : Tæng c«ng suÊt m¸y mãc thiÕt bÞ lµ 2000 kW/h
§iÖn tiªu thô trong mét n¨m: 2.000x24x355 = 17.040.000
kW/h.
- §iÖn sinh ho¹t: 3.030 kw/h.355 = 10.650 k/h
Chi phÝ sö dung ®iÖn trong mét n¨m:
(17.040.000 + 10.650).1200 = 20.460,78 triÖu
®ång
2. L¬ng c«ng nh©n.
- L¬ng b×nh qu©n: 3 triÖu ®ång/ngêi/th¸ng
- Tæng quü l¬ng cho mét n¨m: 3*20*12 = 720 triÖu ®ång.
- Tr¶ l¬ng cho mét ®¬n vÞ s¶n phÈm: 720/20.000 = 0,36
triÖu ®ång
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
116
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp
- TrÝch 19% theo l¬ng ®Ó tr¶ b¶o hiÓm x· héi, y tÕ...
- Trong mét n¨m: 720*0,19 = 136,8 triÖu ®ång.
- Tr¶ phô cÊp ®éc h¹i: 10% theo l¬ng
- Trong mét n¨m: 720*0,1 = 72 triÖu ®ång
- Cho mét ®¬n vÞ s¶n phÈm: 72/20.000 = 0,0036 triÖu
®ång.
3. Chi phÝ chung cho ph©n xëng.
- KhÊu hao tµi s¶n cè ®Þnh bao gåm:
+ KhÊu hao thiÕt bÞ: 10%*600*0,1 = 60 triÖu ®ång
+ KhÊu hao vèn ®Çu t nhµ xëng 5%: 400*0,05 = 20 triÖu
®ång
KhÊu hao tµi s¶n cè ®Þnh: 60 +20 = 80 triÖu ®ång
KhÊu hao tµi s¶n cè ®Þnh cho mét ®¬n vÞ s¶n phÈm:
80/20.000 = 0,004 triÖu ®ång
- Tæng chi phÝ kh¸c chiÕm 20% tµi s¶n khÊu hao cè ®Þnh.
Tæng gi¸ thµnh = Chi phÝ s¶n cuÊt chung + Chi phÝ tiªu
thô + Chi phÝ qu¶n lý doanh nghiÖp.
B¶ng: Tæng gi¸ thµnh
Chi phÝ TÝnh cho mét ®¬n vÞ
s¶n phÈm (TriÖu ®ång)
TÝnh cho c¶
n¨m (TriÖu
®ång)
Chi phÝ s¶n xuÊt
chung
3,57424 71485,58
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
117
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖpChi phÝ doanh
nghiÖp
0,07149 1429,7116
Chi phÝ tiªu thô 0,07149 1429,7116
Tæng gi¸ thµnh 3,71722 74345,0032
III. Gi¸ thµnh vµ lîi nhuËn.
1. X¸c ®Þnh gi¸ b¸n.
Gi¸ thµnh s¶n phÈm 5.000.000 ®ång/tÊn.
2. Lîi nhuËn.
a- Doanh thu: 100.000 triÖu ®ång.
b- ThuÕ VAT (10%)
ThuÕ VAT ®Çu ra = 10% doanh thu +10% ®iÖn
ThuÕ VAT ®Çu ra = 0,1*100.000 + 0,1*20460,78
ThuÕ VAT ®Çu ra = 12046,078 triÖu ®ång
ThuÕ VAT ®Çu vµo = 0,1*50.000 triÖu ®ång = 5.000 triÖu
®ång
ThuÕ VAT = §Çu ra - §Çu vµo
= 12.046,078 - 5000 = 7.046,078 triÖu ®ång
c- Lîi nhuËn.
Lîi nhuËn = Doanh thu - (Gi¸ toµn bé + ThuÕ VAT)
= 100.000 - (74.301,38 + 7.046,078) = 18608,9188
triÖu ®ång.
B¶ng: LËp ph¬ng ¸n cho mét tÊn s¶n phÈm 8 tæng s¶n lîng.
Kho¶n môc Chi phÝ cho mét
®¬n vÞ s¶n
phÈm (triÖu
Chi phÝ cho toµn
bé s¶n lîng (triÖu
®ång)
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
118
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp
®ång)
Chi phÝ nguyªn liÖu
trùc tiÕp
Tæng nguyªn liÖu
§iÖn
2,5
1,023
50000
20460,78
Chi phÝ nh©n c«ng
L¬ng
TrÝch 19%
10% ®éc h¹i
0,036
0,00684
0,0036
720
136,8
72
Chi phÝ chung ph©n x-
ëng
KhÊu hao tµi s¶n cè
®Þnh
Chi phÝ kh¸c
Chi phÝ qu¶n lý doanh
nghiÖp
Chi phÝ tiªu thô
Gi¸ thµnh toµn b«
Gi¸ b¸n dù kiÕn
ThuÕ VAT
ThuÕ vèn
Lîi nhuËn
0,004
0,0008
0,07149
0,07149
3,71722
5000
0,3523
0,011
0,93045
80
16
1429,7116
1429,7116
74345,0032
100000
7046,078
219,244
18608,9188
IV. X¸c ®Þnh hiÖu qu¶ kinh tÕ vµ thêi gian thu håi
vèn.
* HiÖu qu¶ kinh tÕ cña vèn ®Çu t.
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
119
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp
E = Lî nhuËn n¨m/vèn ®Çu t
Thêi gian thu håi vèn = n¨m
V: Vèn ®Çu t ban ®Çu, triÖu ®ång
LN: Lîi nhuËn hµng n¨m, triÖu ®ång
CFC: Chi phÝ chung cho ph©n xëng, triÖu ®ång
PhÇn V:
An toµn lao déngTæ chøc an toµn vµ b¶o hé lao ®éng trong nhµ m¸y lµ mét
c«ng viÖc kh«ng thÓ t¸ch rêi khái s¶n xuÊt. B¶o vÖ tèt søc khoÎ
lao ®éng cho ngêi s¶n xuÊt cho phÐp ®Èy m¹nh søc s¶n xuÊt
n©ng cao n¨ng suÊt lao ®éng.
Nguyªn nh© x¶y ra tai n¹n lao ®éng:
- thêng do c¸c nguyªn nh©n chÝnh sau khi do kü thuËt, do
tæ chøc giao nhËn), do vÖ sinh c«ng nghiÖp.
- Trong nhµ m¸y chÕ biÕn dÇu má bÞ « nhiÔm chñ yÕu bëi
khÝ hydrocarbon (hydrocarbon m¹ch th¼ng cã tÝnh ®éc h¬n
hydrocarbon m¹ch nh¸nh, hydrocarbon vßng ®éc h¬n m¹ch
th¼ng).
- ¶nh hëng bëi c¸c khÝ phô trî nh khÝ CO2, H2S
Khi nghiªn cøu t¸c h¹i cña ho¸ chÊt vµ bôi ngêi ta ®a ra
nång ®é c¸c hîp chÊt ®éc h¹i cho phÐp tèi ®a nh sau:
Hîp chÊt Nång ®é mg/l
X¨ng - dung m«i < 0.3
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
120
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp
H2S 0,01
Bôi 2
SO2 0,01
......
§Ó chèng bôi cÇn thiÕt ph¶i sö dông c¸c biÖn ph¸p tèi thiÓu
sau:
- C¬ khÝ ho¸, tù ®éng ho¸ qu¸ tr×nh s¶n xuÊt ®Ó h¹n chÕ
t¸c dông cña c¸c hîp chÊt ®éc h¹i.
- Bao kÝn thiÕt bÞ
- Thay ®æi ph¬ng ph¸p c«ng nghÖ lµm s¹ch
- Th«ng giã hót bôi
- B¶o ®¶m vÖ sinh cong nghiÖp
C¸c biÖn ph¸p cÇn thiÕt ®Ó phßng chèng ch¸y næ :
Thay kh©u s¶n xuÊt nguy hiÓm b»ng kh©u Ýt nguy hiÓm.
C¬ khÝ ho¸, tù ®éng ho¸ c¸c qu¸ tr×nh s¶n xuÊt cã tÝnh
chÊt nguy hiÓm ®Ó ®¶m b¶o an toµn.
ThiÕt bÞ b¶o ®¶m kÝn h¹n chÕ h¬i, khÝ ch¸y tho¸t ra xung
quanh khu s¶n xuÊt.
Lo¹i trõ kh¶ n¨ng ph¸t sinh måi löa t¹i nh÷ng n¬i cã liªn
quan ®Õn ch¸y næ. Kh¶ n¨ng t¹o nång ®é nguy hiÓm cña c¸c
chÊt ch¸y.
T¹i nh÷ng n¬i cã thÓ g©y ch¸y næ cÇn ®Æt biÓn cÊm,
dông cô chøa ch¸y ë nh÷ng n¬i dÔ thÊy vµ thuËn tiÖn thao t¸c.
X©y dùng ®éi ngò chøa ch¸y chuyªn nghiÖp vµ nghiÖp d
thêng xuyªn kiÓm tra diÔn tËp.
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
121
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp
Khi cã sù cè ch¸y næ x¶y ra tuú tÝnh chÊt nguy hiÓm cña
n¬i t¹o ch¸y cÇn ph¶i cÊp tèc thi hµnh c¸c biÖn ph¸p kÜ thuËt
cÇn thiÕt ë nh÷ng n¬i l©n cËn nh ngõng c«ng t¸c, c¾t ®iÖn,
ph¸t tÝn hiÖu cÊp cøu ch÷a ch¸y.
Trªn ®©y chØ lµ mét sè biÖn ph¸p tèi thiÓu trong c«ng t¸c
phßng chèng ch¸y næ, b¶o hé lao ®éng trong nhµ m¸y, xong
cÇn thiÕt ph¶i tuyªn truyÒn mäi ngêi thùc hiÖn tèt biÖn ph¸p
phßng ngõa ®Ó ®¶m b¶o an toµn cho qu¸ tr×nh s¶n xuÊt.
KÕt luËn Qua qu¸ tr×nh thiÕt kÕ cong nghÖ s¶n xuÊt Phenol, b¶n
®å ¸n ®· thùc hiÖn nh÷ng phÇn sau:
Nªu c¸c ph¬ng ph¸p s¶n xuÊt Phenol trong c«ng nghiÖp
TÝnh chÊt cña ph¬ng ph¸p s¶n xuÊt Phenol qua benzen
sunfo axit
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
122
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp
C¬ chÕ ph¶n øng sunfo ho¸ vµ nãng ch¶y kiÒm.
TÝnh chÊt cña nguyªn liÖu vµ s¶n phÈm.
D©y chuyÒn s¶n xuÊt Phenol
C©n b»ng vËt chÊt.
C©n b»ng nhiÖt lîng.
TÝnh to¸n thiÕt bÞ chÝnh.
MÆt b»ng ph©n xëng s¶n xuÊt Phenol.
TÝnh to¸n kinh tÕ
Nghiªn cøu qóa tr×nh s¶n xuÊt phenol lµ ®iÒu hÕt søc quan
träng v× thÕ nã ®· ®îc thùc hiÖn tõ l©u vµ ®a vµo s¶n xuÊt.
Do ®ã kinh nghiÖm vµ c«ng nghÖ s¶n xuÊt cã nhiÒu nªn qóa
tr×nh nghiªn cøu ®· t¹o cho em nhiÒu thuËn lîi. Sau mét thêi
gian nghiªn cøu vµ ®îc sù híng dÉn nhiÖt t×nh cña thÇy GS.TS
§µo V¨n Têng em ®· hoµn thµnh ®å ¸n m«n häc, ®¶m b¶o ®îc
tÝnh chÝnh x¸c vµ thêi gian qui ®Þnh. Em xin ch©n thµnh c¶m
¬n thÇy vµ cïng toµn thÓ c¸c b¹n ®· gióp ®ì em trong qóa
tr×nh nghiªn cøu.
Nhng do thêi gian vµ tr×nh ®é cã h¹n nªn kh«ng thÓ tr¸nh
khái nh÷ng sai sãt trong b¶n ®å ¸n tèt nghiÖp nµy. V× vËy em
rÊt mong ®îc sù ®ãng gãp ý kiÕn cña c¸c thÇy cïng tÊt c¶ c¸c
b¹n
Ngêi thùc hiÖn
NguyÔn V¨n TiÕn
Líp HD 2 - K44
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
123
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp
Tµi liÖu tham kh¶o1.Phan Minh T©n –Tæng hîp h÷u c¬ hãa dÇu, TP Hå ChÝ Minh
1999
2. §HBK Hµ Néi – Kü thuËt tæng hîp h÷u c¬ ,1979
3. §HBK Hµ Néi- Kü thuËt tæng c¸c chÊt trong trung gian,1976
4. §HBK Hµ Néi ,Sæ tay qóa tr×nh vµ thiÕt bÞ hãa häc. TËp 1,
tËp 2, NXB khoa häc kü thuËt,1976
5. §HBK Hµ Néi , Sæ tay Hãa lÝ , NXB khoa häc kü thuËt, 1977
6. NguyÔn MËu QuyÒn, Hãa Häc V« c¬, Nhµ xuÊt b¶n khoa häc
kü thuËt,1999
7.TËp thÓ t¸c gi¶,Hå C«ng Xinh, NguyÔn ThÞ Thanh, Hãa H÷u
c¬, TËp 3 ,1997
9. §HBK thµnh phè Hå ChÝ Minh. Sæ tay tãm t¾t ®¹i lîng ho¸ lý,
1990
10, V¬ng §×nh Nhµn. Sæ tay tãm t¾t cña kü s ho¸ chÊt, 1961
11. Barbara Elvers, Stephen Hawkins.
Ullman’s Encyclopedia of industrial chemistry, Vol A19, 1991
12. Wolfgang Gerhartz.
Ullman’s Encyclopedia of industrial chemistry, Vol A3, 1985
13. Barbara Elvers, Stephen Hawkins.
Ullman’s Encyclopedia of industrial chemistry, Vol A20, 1992
14. Barbara Elvers, Stephen Hawkins, Michael Ravenscroft.
Ullman’s Encyclopedia of industrial chemistry, Vol A13, 1989
15. Hydrocacbon Processing, February - 1999
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
124
Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n tèt nghiÖp16. Hydrocacbon Processing, October - 1998
17. Hydrocacbon Processing, March - 1997
18. Hood, Horace. United States Patent, July 4, 1995
NguyÔn V¨n TiÕn Líp Hãa DÇu 2 - K44
125