Vậy kích thước thiết bị phản ứng như sau:
Chiều cao làm việc của thiết bị: H = 1,7 (m)
Thể tích làm việc của thiết bị Vr = 1,3 (m3)
Đường kính thiết bị D = 1(m)
Diện tích bề mặt ngang của thiết bị S = 0,785 (m0
Chiều cao làm việc của zon 1: H1 = 0,1 (m)
Thể tích làm việc của zon 1: Vr1 = 0,13 (m3)
Chiều cao làm việc của zon 2: H2 = 0,2 (m)
Thể tích làm việc của zon 2: Vr2 = 0,26 (m3)
Chiều cao làm việc của zon 3: H3 = 1,3 (m)
Thể tích làm việc của zon 3: Vr3 = 1 (m3)
58 trang |
Chia sẻ: toanphat99 | Lượt xem: 2074 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đồ án Thiết kế phân xưởng sản xuất MTBE với năng suất 25000t/năm, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
l/izobuten ảnh hưởng lớn đến độ chuyển hóa do độ
chuyển hóa của metanol thấp hơn izobuten.
c) Áp suất
Áp suất làm việc 15 - 20 atm, áp suất ít ảnh hưởng tới quá trình.
d) Xúc tác [1,26]
Xúc tác ảnh hưởng lớn đến quá trình tổng hợp MTBE vì mức độ
chuyển hóa phụ thuộc vào hoạt tính của xúc tác. Hoạt tính xúc tác được quyết
định bởi số tâm hoạt động (số tâm axit trên xúc tác). Do đó độ axit của xúc tác
và sự phân tán các tâm axit trên bề mặt xúc tác ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp
MTBE.
Quá trình tổng hợp MTBE trên xúc tác nhựa trao đổi ion dùng xúc tác
dạng cần có đường kính d = 9m8 - 1,2 mm. Và để đảm bảo trở lực trong thiết
bị phản ứng có lớp xúc tác tĩnh không quá lớn thì xúc tác được sản xuất dưới
dạng các hạt đệm. Trong quá trình làm việc nếu xúc tác tiếp xúc với các hợp
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn Hữu cơ hoá dầu
SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 18
chất có tính bazơ (lẫn trong nghiệm) thì sẽ làm giảm hoạt tính xúc tác khoảng
thời gian 10-12 năm ta phải tái sinh xúc tác bằng H2SO498% dễ bão hòa.
e) Thiết bị phản ứng
Thiết bị phản ứng MTBE là thiết bị dạng ống, xúc tác tĩnh. Dùng thiết
bị ống chùm hoặc đoạn nhiệt để tận dụng cho quá trình chung tacvhs sản phẩm.
IV.5. Lựa chọn sơ đồ công nghệ
a) Sơ đồ công nghệ [13]
Quá trình ETE hóa để sản xuất MTBE bao gồm 3 giai đoạn
+ giai đoạn 1: Tổng hợp MTBE trên xúc tác
+ giai đoạn 2: chưng tác sản phẩm
+ giai đoạn 3: xử lý và thu hồi nguyên liệu
b) Lựa chọn sơ đồ công nghệ tổng hợp MTBE
Coi nồng độ ban đầu của metanol là 99% và izobuten sau quá trình tách
nước của TBA có nồng độ 99% do vậy phản ứng tổng hợp MTBE có hiệu
suất khá cao. Phản ứng tổng hợp MTBE là hpản ứng tỏa nhiệt nên ta chọn sơ
đồ công nghệ gồm hai thiết bị. Một thiết bị đoạn nhiệt và một thiết bị chưng
cất xúc tác (CD). Tại thiết bị chưng cất xúc tác cân bằng chuyển dịch về phía
tạo MTBE. Với hai thiết bị này độ chuyển hóa cho MTBE có thể đạt tới 99%
vì sau thiết bị một cho ta mức chuyển hóa khoảng 85% ta cho vào thiết bị thứ
hai mà không cần gia nhiệt (tận dụng nhiệt ).
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn Hữu cơ hoá dầu
SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 19
THUYẾT MINH SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ TỔNG HỢP MTBE TỪ TBA
TBA từ bể chứa nguyên liệu được bơm (6) đưa lên thiết bị gia nhiệt (5)
để tận dụng nhiệt của sản phẩm và tiếp tục đưa sang hai thiết bị gia nhiệt (4)
để tận dụng nhiệt của khó lò. Sau đó được đưa vào thiết bị phản ứng (3) tại
đây quá trình tách nước xảy ra (nhiệt độ lò phản ứng là 300 - 4000C) TBA đi
trong ống chùm từ trên xuống, xúc tác Al2O3 đặt trong ống, khói cháy được
cung cấp từ lò đốt (1) bằng cách đốt dầu với không khí và được dẫn sang thiết
bị phản ứng (3). Sản phẩm của phản ứng tách nước của TBA được đưa qua
thiết bị trao đổi nhiệt (5) (cấp nhiệt cho nguyên liệu)sau đó được đưa qua thiết
bị làm lạnh (7) ngưng tụmột phần hơi nước. Tiếp đó nó được đưa qua thiết bị
phân ly (8) tách nước khỏi hơi Izobuten. Hơi Izobuten ra khỏi đỉnh (8) được
đưa vào thiết bị sấy khô (9), ở đây thiết bị sấy dùng chấp hấp phụ là than họat
tính hơi Izobuten tiếp tục được máy nén (10) nén đến khoảng 1,5 - 2MPa.
Izobuten ra khỏi đáy thiết bị (11) được đưa về thiết bị phân ly (12) để tách
không khí ngưng và đưa vào bể chứa Izobuten.
Metanol lỏng từ bể chứa và Izobuten từ quá trình để hydra hóa được
tồn tại ở trạng thái lỏng và được bơm vào cùng một đường ống và đưa vào
thiết bị gia nhiệt (13) để nâng nhiệt độ đến khoảng 600C rồi đưa vào thiết bị
phản ứng số (15). Tại (15) với lượng xúc tác cần thiết (xúc tác nhựa trao đổi
ion), nhiệt độ khoảng 50-1000C và áp suất là 15-20atm sẽ chuyển hóa hỗn hợp
nguyên liệu thành sản phẩm MTBE với mức độ chuyển hóa khoảng 85% thiết
bị phản ứng (15) được chia thành 3 vùng phản ứng. (việc thiết kế phải đảm
bảo mức độ chuyển hóa ở cả 3 vùng là 85%) và nhiệt độ hỗn hợp lỏng ra khỏi
các vùng không vượt quá 1000C. Vì phản ứng tổng hợp MTBE là phản ứng
trả nhiệt nên để có nhiệt độ thích hợp coh phản ứng xảy ra ở vùng thứ hai và
thứ ba thì phải hạ bớt nhiệt độ hỗn hợp lỏng ra khỏi vùng 2 bằng cách cho
qua thiết bị làm lạnh trung gian (14) và hỗn hợp khi ra khỏi vùng phản ứng 1
cho qua thiết bị trao đổi nhiệt (13). Sau khi ra khỏi thiết bi phản ứng chính
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn Hữu cơ hoá dầu
SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 20
(15) hỗn hợp lỏng (hỗn hợp sản phẩm và nguyên liệu) được sang thiết bị
chưng tách xúc tác (16). Tại (16) xảy ra hai quá trình chưng tách và phản ứng
tiếp phần nguyên liệu còn lại. Sản phẩm MTBE được lấy ra ở đáy (16), một
phần được hồi lưu trở lại qua thiết bị đun bốc hơi ở đáy, phần chủ yếu còn lại
đưa qua thiết bị đun bốc hơi ở đáy, phần chủ yếu còn lại đưa qua thiết bị làm
lạnh (14) làm lạnh đến nhiệt độ thường rồi đưa về bể chứa của MTBE. Sản
phẩm đỉnh củat hiết bị số (16) bao gồm chủ yếu là metanol dư, các tạp chất C4
(buten - 1) buten và một phần nhỏ izobuten chưa chuyển hóa, chúng được đưa
qua thiết bị làm lạnh ngưng tự (14), ra khỏi (14) phần lỏng ngưng tụ được hồi
lưuvề (16), phần còn lại được đưa đi thu hồi metanol nhờ tháp hấp thụ 18.
Tại (18) metanol và C4 đi từ dưới lên sẽ được tưới nước từ trên xuống,
metanol sẽ bị hấp thụ bởi nước còn khí không được hấp thụ đi ra ở đỉnh tháp
hấp thụ và được đưa đi sử dụng cho các mục đích khác. Hỗn hợp metanol và
nước ra khỏi tháp hấp thụ (18) được đi qua thiết bị gia nhiệt (13) và vào tháp
chưng tách (19). Tại đây metanol có nhiệt độ rơi bằng 64 còn nước có nhiệt
đọ sôi bằng 100 nên sản phẩm đỉnh chủ yếu là metanol được dẫn qua thiết bị
làm lạnh ngưng tụ (14) một phần được hồi lưu tại thiết bị (19) và phần chủ
yếu còn lại được đưa về bể chứa metanol. Nước được lấy ra ở đáy tháp (19)
một phần cho hồi lưu lại (19) phần chủ yếu được đưa đi tận dụng nhiệt bằng
cách dùng bơm (6) bơm lên thiết bị trao đổi nh iệt (13) và qua thiết bị làm
lạnh (14) vào tháp hấp thụ (18).
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn Hữu cơ hoá dầu
SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 21
PHẦN III
TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ
Năng suất: 25.000 (tấn/năm)
Hiệu suất dehydrat hóa 98%
Nồng độ TBA kỹ thuật : 97%
Nồng độ tạp chất trong TBA là 3%
Nồng độ CH3OH là : 99%
Nồng độ H2O trong CH3OH là: 1%
Hiệu suất quá trình tổng hợp MTBE là 99%
Nồng độ izobuten là: 99%
Nồng độ tạp chất C4 (buten - 1, buten - 2) trong izobuten là: 1%.
I. CÂN BẰNG VẬT CHẤT
- Khối lượng phân tử của MTBE là : MMTB = 88 (kg/kmol)
- Số ngày nghỉ để bảo dưỡng và sửa chữa thiết bị trong một năm là: 25
ngày.
Năng suất phân xưởng tính theo giờ là:
30
24).25365(
1000.25000
63,72 (kg/h)
Tính theo đơn vị (kmol/h) sẽ là:
88
72,3063
= 34,81 (kmol/h)
Số mol izobuten tinh khiết cần cho phản ứng:
nIB =
99
100
n.
99
100
MTBE . 34,81
nIB = 35,16 (kmol/h)
Khối lượng IB tinh khiết cần cho phản ứng là:
mIB = 35,16 x 56 = 196,05 (kg/h)
(MIB = 56kg/kmol)
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn Hữu cơ hoá dầu
SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 22
Lượng tạp chất C4 (buten - 1, buten - 2/ trong izobuten là:
Mc4 = 88,19
99
05,1969
(kg/h)
Do trong dòng nguyên liệu cấp vào thiết bị phản ứng có tỷ lệ
(metanol/izobuten = 1,1/1).
Do đó số metanol đưa vào thiết bị sẽ là:
nMEOH = nIB x 1,1 = 35,16 x 1,1 = 38,67 (kmol/h)
Khối lượng của Metanol nguyên chất đưa vào thiết bị phản ứng là:
MMEOHn/c = 38,67 x 32 = 1237,63 (kg/h)
(do khối lượng phân tử của metanol là: MMEOH = 32(kg/kmol)
Lượng nước có trong dòng metanol đưa vào thiết bị là:
MH2O =
99
63,1237
99
M c/nMeOH
= 12,50 (kg/h)
Vậy ta có: MC4H chất = 19,88 (kg/h)
MH2O = 12,5 (kg/h)
I.1. Cân bằng vật chất cho toàn phân xƣởng
- Quá trình sản xuất MTBE gồm hai quá trình
+ Quá trình dehydrat hóa TBA tạo izobuten
+ Quá trình ete hóa izobute với metanol tạo MTBE.
(+) Xét quá trình dehydrat hóa TBA tạo izobuten.
CH3 CH3
H3C - C - OH H3C = C + H2O (1)
CH3 CH3
Hiệu suất quá trình dehydrat hóa là 98%
NIB tinh khiết là: 35,16 (kmol/h)
Do đó từ phản ứng dehydrat hóa TBA ta có:
nTBA =
98
100
x 35,16 = 35,87 (kmol/h)
Khối lượng TBA nguyên chất cần cho phản ứng là:
Al2O3
300
0
C
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn Hữu cơ hoá dầu
SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 23
MTBA n/c = 35,87 x 74 = 2654, 38 (kg/h)
Do đó lượng TBA kỹ thuật sẽ là:
MTBA = M TBA n/cx
97
100
.38,2654
97
100
MTBA = 2736,47 (kg/h)
Khối lượng tạp trong TBA là:
Mtạp chất = 2736,47
100
3
= 82,09 (kg/h)
Các phản ứng phụ xảy ra khi dehydrat hóa TBA
(2) H3C - CH - CH2 - CH3 CH2 = CH - CH2 - CH3
OH + H2O
(3) H3C - CH - CH2 - CH3 CH3 - CH = CH - CH3
OH + H2O
(SBA) n - buten
Coi hiệu suất quá trình dehyrat hóa SBA là 98%.
Theo (2) và (3) ta có:
nSBA =
56
88,19
.
98
100
56
M
.
98
100
n.
98
100 4C
4C
nSBA = 0,362 (kmol/h)
(do MC4 = 56 kg/kmol)
Vậy lượng SBA có trong TBA là:
MSBA = 0,362 x 74 = 26,806 (kg/h)
(do MSBA = 74 kg/kmol)
Lượng nước có trong TBA sẽ là:
M1,H2O = Mtạp chất - MSBA = 82,09 - 26,806
M1,H2O = 55,284 (kg/h)
Lượng SBA dư sẽ là
MSBA dư =
100
2
. MSBA = 0,02 x 26,806.
MSBA dư = 0,536 (kg/h)
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn Hữu cơ hoá dầu
SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 24
Lượng SBA dư sẽ là:
MTBA dư = c/nTBAM.
100
2
= 0,02 x 2654,38
MTBA dư = 53,087 (kg/h)
Lượng nước tạo ra từ quá trình dehydrat hóa là:
M2H2O = (nIB + nc4) x 18 =(35,16 + )
56
88,19
x 18
M2,H2O = 639,27 (kg/h)
Vậy lượng nước ra khỏi thiết bị phân ly là:
MH2O = M1,H2O + M2,H2O = 55,284 + 639,27
MH2O = 694,554 (kg/h)
A. Tại thiết bị phản ứng chính sản xuất MTBE
Công đoạn sản xuất MTBE ở thiết bị chính đạt 85% nên ta có:
n1,MTBE =
100
85
. nIB n/c = 16,35.
100
85
n1,MTBE = 29,886 (kmol/h)
Lượng MTBE được sản xuất ra sẽ là:
M1,MTBE = 29,886 x 88 = 2629,968 (kg/h)
Lượng izobuten chưa chuyển hóa ra khỏi thiết bị sẽ là:
M1,IB = MIB - MIB phản ứng = 1969,05 - 05,1969.
100
85
M1,IB = 295,35 (kg/h)
Lượng metanol chưa chuyển hóa ra khỏi thiết bị chính sẽ là:
m1,MeOH = mMeoH n/c - mMeOH, phản ứng
m1,MeOH = 1237,63 -
100
85
. 35,16 x 32 = 281,27 (kg/h)
Lượng nước ra khỏi thiết bị vẫn bằng lượng nước ba đầu và bằng: 12,5
(kg/h)
Lượng tạp chất C4 (buten - 1,buten - z) ra khỏi thiết bị vẫn bằng lượng
ban đầu là: 19,88 (kg/h)
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn Hữu cơ hoá dầu
SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 25
B. Tại thiết bị phản ứng chúng và tách (CO)
+ Lượng MTBE tạo ra trong thiết bị này là:
m2MTBE = (14% x nIB) x 88
m2MTBE = 88.16,35.
100
14
= 433,171 (kg/h)
Lượng MTBE ra khỏi thiết bị phản ứng và chưng tách là:
mMTBE = m1,MTBE = m2, MTBE = 2629,968 + 433,171.
mMTBE = 3063,139 (kg/h)
Lượng MeOH ra khỏi thiết bị chưng cất là:
m1,MEOH = mMeOH n/c - mMeOH phản ứng
m1 MeOH = 38,67 - 35,16 x 99%.
= 3,861 (kmol/h) = 123,57 (kg/h)
(MMeOH = 32 kg/kmol)
+ Lượng IB chưa chuyển hóa thoát ra ở sản phẩm đỉnh là:
m2,IB = mIB - mIB phản ứng = 1969,05 - 1969 x 99%.
= 19,69 (kg/h)
Lượng C4 (buten - 1, buten - 2) thoát ra khỏi thiết bị trong sản phẩm
đỉnh là 19,88 (kg/h)
Tổng lượng khí thải thoát ra ở sản phẩm đỉnh là:
m1,C4 = mc4 + m2,IB = 19,88 + 19,69 = 39,57 (kg/h).
Lượng nước ra khỏi thiết bị chưng tách (CP) là 12,5 kg/h).
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn Hữu cơ hoá dầu
SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 26
Bảng 5: Bảng cân bằng vật chất cho toàn phân xƣởng
Các chất đi vào Các chất đi ra
Tên chất Kg/h Kmol/h Tên chất Kg/h Kmol/h
TBA 2654,38 IB
Các C4
H2O ra khỏi thiết
bị CD
MTBE
H2O ra khỏi thiết
bị phân ly
TBA dư
SBA dư
19,69
SBA 26,806 19,88
H2O trong
TBA
55,284 12,5
Metanol 1237,63 3063,13
H2O có
trong
metanol
12,5 694,55
53,08
0,536
Tổng 3986,60 CH3OH dư 123,57
Tổng 3986,63
Bảng 6: Cân bằng vật chất cho khử nƣớc của TBA.
Các chất đi vào Các chất đi ra
Tên chất Kg/h Tên chất Kg/h
TBA
SBA
H2O trong TBA
2654,38
26,806
55,284
IB
Các C4
H2O ra khỏi thiết
bị phân ly
TBA dư
SBA dư
1969,05
19,88
694,55
53,08
0,536
Tổng 2736,16 27,36,09
Bảng 7: Bảng cân bằng vật chất cho tiết bị phản ứng chính
Chất đi vào Chất đi ra
Tên chất Kg/h Tên chất Kg/h
IB 1969,05 MTBE 2629,96
CH3OH 1237,63 H2O 12,5
H2O trong CH3OH 12,5 IB dư 295,35
Các C4 19,88 CH3OH dư 281,37
Các C4 19,88
Tổng 3239,06 Tổng 3239,64
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn Hữu cơ hoá dầu
SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 27
Bảng 8: Cân bằng vật chất cho thiết bị chƣng cất xúc tác
Chất đi vào Chất đi ra
Tên chất Kg/h Tên chất Kg/h
IB 295,35 MTBE 3063,139
CH3OH 281,37 H2O 12,5
Các C4 19,88 IB dư 19,69
H2O trọng CH3OH 12,5 CH3OH dư 123,57
MTBE 2629,96 Các C4 19,88
Tổng 3239,06 Tổng 3239,06
+ Tỉnh lưu lượng dòng nguyên liệu cấp cho công đoạn ở trạng thái
lỏng.
Ta đã tính được lưu lượng khối lượng nguyên liệu cấp vào là:
G0 = 3239,06 (kg/h)
Ta tính khối lượng riêng của hỗn hợp nguyênliệu theo công thức [16]
4
4
3
3
2
2
1
1
hh
aaaa1
Trong đó: hh : khối lượng riêng của hỗn hợp nguyên liệu (kg/m
3
)
1, 2, 3, 4: khối lượng riêng của từng cấu tử (kg/m
3
)
a1, a2, a3, a4: Nồng độ % về khối lượng của các cấu tử.
Hỗn hợp gồm: IB, CH3OH, H2O, các C4 (buten -1, buten - 2).
Nồng độ % về khối lượng của izobute là:
a1 = 100.
06,3239
05,1969
= 60,79%
Nồng độ % về khối lượng của C4 (buten - 1, buten -2) là:
a2 = 100.
06,3239
88,19
= 0,61%
Nồng độ % về khối lượng của MeOH là:
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn Hữu cơ hoá dầu
SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 28
a3 = 100.
06,3239
63,1237
= 38,21%
Nồng độ % về khối lwngj của H2O là:
a4 = 100.
06,3239
5,12
= 0,39%.
Khối lượng riêng của izobuten ở 250C là [16]
= 587,9 (kg/m3)
Khối lượng riêng của C4 (buten-1, buten-2) ở 25
0
C là:
2 = 1 = 587,9 (kg/m
3
)
Khối lượng riêng của CH3OH ở 25
0
C là:
3 = 786,64 (kg/m
3
)
Khối lượng riêng của H2O ở 25
0
C là:
4 = 996,5 (kg/m
3
)
Khi đó ta có thể tính được khối lượng riêng của hỗn hợp nguyên liệu là:
= 651,87 (kg/m3)
Vậy lưu lượng dòng nguyên liệu cấp cho công đoạn ở trạng thái lỏng
là:
87,651
06,3239G
hh
0
= 5 (m
3
/h)
II. TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƢỢNG
II.1. Cân bằng nhiệt lƣợng cho thiết bị đun nóng hỗn hợp phản ứng
ở trạng thái lỏng.
- Hỗn hợp lỏng ban đầu có nhiệt độ ban đầu Tđ = 25
0
C được đun nóng
đều Tc = 60
0
C. Do thiết bị là đoạn nhiệt, ta có phương trình cân bằng nhiệt
lượng.
Q1 + Q2 = Q3 + Q4
Trong đó:
Q1 : Nhiệt lượng do hỗn hợp lỏng mang vào (kcal/h)
Q2 : Nhiệt lượng cần phải cung cấp cho hỗn hợp (kcal/h)
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn Hữu cơ hoá dầu
SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 29
Q3 : Nhiệt lượng do hỗn hợp lỏng mang ra (kcal/h)
Q4: Nhiệt lượng do mất mát (kacal/l)
a) Tính nhiệt lượng do hỗn hợp lỏng mang vào
Q = G. C. t (kcal/h)
Trong đó:
G: khối lượng của chất lỏng (kg/h)
C: nhiệt dung riêng của hỗn hợp chất lỏng (kcal/kg độ)
t: nhiệt độ của chất lỏng (0C).
*Tính nhiệt dung riêng của hỗn hợp chất lỏng.
Hỗn hợp đi vào thiết bị ở trạng thái lỏng gồm có IB, metanol, H2O và
C4 (buten-1, buten-2) với thành phần % về khối lượng như đã tính trong phần
cân bằng vật chất.
Do đó ta có: Q1 = QIB + QC4 + Qnước + QMeOH
Nguyên liệu vào thiết bị ở 250C nên ta tính
Q1 ở 25
0
C (298
0
K)
Ta tính Cp theo công thức sau: [16]
Cop = a0 + a1T + a2T
2
Ta có bảng số liệu sau:
Bảng 9: Sự phụ thuộc của nhiệt dung vào nhiệt độ
Hợp chất a6 a1.10
-3
a2.10
-6
Khoảng T0
(
0
K)
C
0
p 298
(cal/mol)
H2O (k) 7,2 2,7 - 273-200 8,023
H2O (L) - - - 273-200 17,996
Buten-1
Buten-2 (ưs)
Buten-2 (trans)
izo - C4H8
CH3OH (L)
5,123
2,047
4,967
5,331
-
61,76
64,311
59,961
60,246
-
-19,332
- 19,834
- 18,147
- 18,14
-
298 - 1500
298 - 1500
298 - 1500
298 - 1500
-
21,35
18,86
20,99
21,3
19,5
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn Hữu cơ hoá dầu
SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 30
CH3OH (K) 4,88 24,78 - 5,889 300 - 700 11,8
Ngoài ra ta còn có các công thức để xác định nhiệt dung riêng của
MTBE và MeOH.
CP MTBE = 53,176 + 0,7173T - 0,1533 .10
-2
+ 0,202 .10
-5
. T
3
(kg/kmol
độ)
CP, MTBE = 1391,176 - 12,364. T + 3,781 . 10
2
. T
2
- 3,719 . 10
-5
.T
3
(kg/kmol
độ)
+ Tính QMCOH (nhiệt độ dòng nguyên liệu vào t1 = 25
0
C = 298
0
K.
QMeOH = GMCOH . CP.MCOH . t1 (kcal/h)
Từ bảng 9 ta có:
Cp, MeOH, 298 = 19,5 (cal/mol độ) = 0,609 (kcal/kg độ)
Mà GMCOH = 1237,63 (kg/h) nên:
= 1237,63 x 0,609 x 25 = 18842,91 (kcal/h)
+ Tính Qnước:
Qnước = Gnước . Cp, nước . t1 (kcal/h)
Từ bảng 9 ta có:
Cp nước, 298 = 17,996 (cal/mol) = 0,9998 (kcal/kg độ)
Mà Gnước = 12,5 (kg/h)
Qnước = 12,5 x 0,9998 x 25 = 312,43 (kcal/h)
+ Tính QIB
QIB = GIB . CP,IB . t1 (kcal/h)
Từ bảng 9 ta có:
CP,IB 298 = 21,3 (cal/mol độ) = 0,38 Kcal/kg độ
Mà GIB = 1969,05 (kg/h) nên
QIB = 1969,05 x 0,38 x 25 = 18705,97 (Kcal/h)
Tính Qn-buten
Qn-buten = Gn-buten . CP, n-buten . t1 (kcal/h)
Ta có:
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn Hữu cơ hoá dầu
SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 31
Cn-buten =
3
transCCis,C.C 2buten2buten1buten
Cn-buten = 4,20
3
99,2086,1835,21
(cal/mol độ)
= 0,364 (kcal/kg độ)
Qn-buten = 19,88 x 0,364 x 25 = 180,90 (kcal/h)
Vậy nhiệt lượng do hỗn hợp lỏng mang vào sẽ là:
Q1 = 18842,91 + 312,43 + 18705,97 + 180,96.
Q1 = 38042,21.
b) Tính nhiệt lượng do hỗn hợp lỏng mang ra
Hỗn hợp lỏng ra gồm IB, CH3OH, H2O, n - buten (buten-1, buten-2) có
nhiệt độ ra là t2 = 60
0
C = 333
0
k.
+ Tính QMeOH
QMeOH = GMeOH . Cp.MeoH . t2 (kcal/h)
Ta có:
CpMeOH = 1391,56 - 12,364 x 333 + 3,781 x 10
-2
. 333
2
- 3,719.10
-3
. 333
3
= 93,79 (kj/kg độ) = 0,70 (kcal/kg độ)
Mà BP,MeOH = 1237,63 (kg/h)
QMeOH = 1237,63 x 0,7 x 60 = 51993,54 (kcal/kg độ)
+ Tính Qnước
Qnước = Gnước . Cp nước . t2 (kcal/h)
Ta có: Cp nước = 17,996 (cal/mol độ) = 0,9998 (kcal/kg độ)
Mà : Gnước = 12,5
Qnước = 12,5 x 0,9998 x 60 = 749,85 (kcal/h)
Tính Qn-buten : Qn - buten = Gn-buten - CP, n-buten . t2 (kcal/h)
Tại 3330k theo bản 9 ta có:
CP,buten-1 = 5,132 + 61,76 x 10
-3
x 333 - 19,322 x 10
-6
. 333
2
= 23,54 (kcal/kmol độ) = 0,41 (kcal/kg độ)
CP, buten-2 cis = 2,047 + 64,311 . 10
-3
x 333 - 19,834 x 10
-6
x 333 (kcal/kg độ).
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn Hữu cơ hoá dầu
SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 32
= 21,267 (kcal/kmol độ) = 0,37 (kcal/kg độ.
CP, buten-2, trans = 4,976 + 59,961 .10
-3
x 333 - 18,147 x 10
-6
x 333
= 22,92 (kcal/kmol độ) = 0,41 (kcal/kg độ)
Cp, n-buten =
3
CCC trans,buten,Pcis2buten,P1buten,P
Cp, n-buten = 4,0
3
41,037,042,0
(kcal/kg độ)
Mà Gn-buten = 19,88 (kg/h)
Qn-buten = 19,88 x 0,4 x 60 = 477,12 (kcal/h)
+ Tính QIB
QIB = GIB x CIB x t2 (kcal/h)
Ta có: GIB = 1969,05 (kg/h)
Tại 3330k ta có:
CP,IB = 5,331 + 60,246 x 10
-3
x 333 - 18,14 x 10
-6
x 333
2
= 23,38 (kcal/kmol độ) = 0,4 (Kcal/kg độ)
QIB = 1969,05 x 0,41 x 60 = 48438,63 (kcal/h)
Vậy nhiệt lượng hỗn hợp lỏng mang ra là:
Q3 = QMeOH + Qnước + Qn, buten + QIB
Q3 = 51993,54 + 749,85 + 477,12+48438,63
= 101659,14 (kcal/h)
c) Nhiệt mất mát ra môi trường
Lượng nhiệt ở đây ta lấy 1% so với lượng do hỗn hợp lỏng mang ra. Do
đó.
Q4 = 1% x 101659,14 = 1016,59 (kcal/h)
Từ phương trình cân bằng nhiệt: Q1 + Q2 = Q3 + Q4
Q2 = Q3 + Q4 - Q1
Q2 = 101659,14 + 1016,59 - 38042,21
Q2 = 64633,52 (Kcal/h)
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn Hữu cơ hoá dầu
SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 33
Bảng 10: Bảng cân bằng nhiệt lƣợng của thiết bị gia nhiệt nguyên liệu
đến 60
0
C.
Vào Ra
Tên Kcal/h Tên Kcal/h
Q1 38042,21 Q3 101659,14
Q2 64633,52 Q4 1016,59
Tổng 102675,73 Tổng 102675,73
II.2. Tính cân bằng nhiệt lƣợng cho các vùng phản ứng trong thiết bị
phản ứng
Nguyên liệu được gia nhiệt đến 600C được đưa vào thiết bị phản ứng
chính đề sản xuất MTBE.
Có 3 vùng phản ứng đoạn nhiệt trong thiết bị phản ứng là zon1, zon 2,
zon 3.
Gọi mức độ chuyển hóa ở vùng phản ứng 1 (zon 1) : x%
Gọi mức độ chuyển hóa ở vùng phản ứng 2 (zon 2) : y%
Gọi mức độ chuyển hóa ở vùng phản ứng 3 (zon 3) : z%
Khi đó ta có: x + y + z = 85.
Ta chia thiết bị thành 3 vùng phản ứng để đảm bảo nhiệt độ của nguyên
liệu vào các vùng phải đạt điều kiện 500C < t < 1000C.
Nguyên liệu và sản phẩm ra khỏi thiết bị phản ứng chính được đưa
sang thiết bị chưng cất xúc tác (CD) nên ta phải tính được lượng nhiệt do hỗn
hợp lỏng mang ra khỏi thiết bị phản ứng chính để khi nhiên liệu lỏng vào thiết
bị chưng cất xúc tác (CD) đủ để được thực hiện quá trình chưng cất mà không
cần qua một thiết bị gia nhiệt nào. Do đó ta chọn nhiệt độ ra khỏi vùng phản
ứng zôn 2 và zon 3 là t = 1000C.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn Hữu cơ hoá dầu
SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 34
a) Đối với vùng phản ứng 1 (zon 1)
Hỗn hợp nguyên liệu lỏng đưa vào ở 600C và thiết bị phản ứng là đoạn
nhiệt do đó ta có phương trình cân bằng nhiệt lượng sau:
Q11 + Q12 = Q13 + Q14
Trong đó:
Q11: nhiệt lượng do hỗn hợp lỏng mang vào zon 1 ở 60
0
C (kcal/h)
Q12: Nhiệt lượng do hỗn hợp phản ứng sinh ra ở zon 1 (kcal/h)
Q13: Nhiệt lượng do hỗn hợp sản phẩm - nguyên liệu mang ra khỏi zon1
(kcal/h)
Q14: Nhiệt lượng do mất mát ra môi trường (Kcal/h)
*Tính nhiệt lượng do nguyên liệu mang vào zon1:
Q11 = Q3 = 101659,14 (Kcal/h)
*Tính nhiệt lượng do phản ứng sinh ra ở zon1
Do nhiệt phản ứng toả ra là: - 37 (KJ/mol) nên ta có:
Q12 = Qphản ứng zon 1 = (-H)MIB%
Q12 = %x.1000.16,35.
186,4
37
Q12 = 3107,78 x (Kcal/h)
* Tính lượng nhiệt do hỗn hợp nguyên liệu sản phẩm mang ra khỏi zon
1 là:
Q13 = Q1,MTBE + Q1,MeoH + Q1,IB + Q1, n-buten + Q1, nước (Kcal/h)
Nhiệt độ ra của hỗn hợp nguyên liệu sản phẩm mang ra khỏi zon 1 ở
100
0
C (373
0
K).
+ Nhiệt lượng do MTBE mang ra khỏi zon 1 là:
CP,MTBE = 53,176 + 0,7173 x 337 - 0,1533 . 10
-2
x 337
2
+ 0,202 x 10
-5
x 337
3
= 212,59 (kJ/kmol độ) = 0,576 (kcal/kg độ)
G1,MTBE = 35,16 x X% x 88 (kg/h)
Q1,MTBE = 35,16 x X% x 88 x 0,576 x 100 = 1782,19 . x (kcal/h)
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn Hữu cơ hoá dầu
SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 35
+ Nhiệt lượng do IB mang ra khỏi zon 1.
11,IB 1,IB p,IBQ G xC xt (Kcal/h).
1,IB
G = 1969,05 - 1969,05 x X% (kg/h).
P,IB
C = 5,331 + 60,246 x 10
3
x 373 - 18,44 x 10
-6
x 373
2
= 25,28 (Cal/mol. độ) = 0,45 (kcal/kg.độ)
1,IB
Q = (1969,05 - 19,69 x X) x 0,45 x 100 (Kcal/h)
= 88607,25 - 886,07 X (KCal/h).
+ Nhiệt lượng do n-buten mang ra khỏi zon 1 là:
Q1,n-buten = G1,n-buten x Cp,n-buten x t1 (Kcal/h)
G1,n-buten = 19,88 (kg/h).
Cp,n-buten =
P,buten 1 p,buten 2cis p,buten 2transC C C
3
Cp,n-buten 1 = 5,123 + 61,76 x 10
-3
x 373 - 19,323 x 10
-6
x 373
2
= 25,47 (cal/mol. độ)
Cp,buten-2cis = 2,047 + 64,311 . 10
-3
. 373 - 19,834 . 10
-6
. 373
2
.
= 23,28 (Cal/mol. độ).
Cp,buten-2,trans = 4,967 + 59,961 . 10
-3
x 373 - 19,834 x 10
-6
. 373
2
.
= 24,47 (Cal/mol . độ).
Cp,n-buten =
25,47 23,28 24,71
24,49
3
(Cal/mol độ).
= 0,44 (Kcal/kg.độ).
Q1,n-buten =19,88 x 0,44 x 100 = 874,72 (Kcal/h).
+ Nhiệt lượng do H2O mang ra khỏi zon 1 là:
Q1,nước = G1nước x Cp,nước x t1 (KCal/h).
Cp, nước = 0,9998 (Kcal/kg.độ).
Q1, nước = 0,9998 x 12,5 x 100 = 1249,75 (Kcal/h).
+ Nhiệt lượng do MeoH mang ra khỏi zon 1 là:
Q1, MeoH = G1, MEoH x Cp,MeoH x t1 (Kcal/h).
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn Hữu cơ hoá dầu
SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 36
G1, MeoH = 1237,63 - 35,16 x 32 x X%.
= 1237,63 - 12,37 x X (kg/h).
Cp,MeoH = 1391,176 - 12,364 x 373 + 3,781 x 10
-2
x 373
2
-
- 3,719 x 10
-5
x 373
3
.
= 109,88 (KJ/Kmol.độ) = 0,821 (Kcal/kg.độ).
Q1,MeoH = (1237,63 - 12,37. X) x 0,821 x 100
= 101485,66 - 1015,57 (Kcal/h)
Vậy Q13 = Q1,MTBE + 1,IBQ + Q1,n-buten + 21,H O 1MeoHQ Q
Q13 = 1782,19 . X + 88607,25 - 886,07 X + 1249,75 + 874,72 +
+ 101485,66 - 1015,57. X.
Q13 = 192217,38 - 119,45.X (Kcal/h)
+ Nhiệt lượng mất mát ở zon 1 là:
Q14 = 1% . Q13 = 1922,1738 - 1,19.X (Kcal/h)
Từ phương trình cân bằng nhiệt lượng:
Q11 + Q12 = Q13 + Q14.
101659,14 + 3107,78. X = 192217,38 + 1922,17 - 119,45.X - 1,19.X
3228,47.X = 92480,41.
X = 28,6
b) Đối với vùng phản ứng 2 (zon 2)
Hỗn hợp sản phẩm - nguyên liệu được đưa vào zon 2 ở 600C và ra khói
zon 2 ở 1000C.
Do thiết bị phản ứng là đoạn nhiệt nên ta có cân bằng nhiệt lượng đối
với zon 2 là:
Q21 + Q22 = Q23 + Q24
Trong đó:
Q21: lượng nhiệt do hỗn hợp sản phẩm - nguyên liệu mang vào zon 2
(kcal/h).
Q22 : Lượng nhiệt do phản ứng sinh ra ở zon 2 (kcal/h)
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn Hữu cơ hoá dầu
SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 37
Q23: Lượng nhiệt do hỗn hợp sản phẩm - nguyên liệu mang ra khỏi zon
2 (kcal/h).
Q24: Lượng nhiệt do mất mát ở zon 2 (kcal/h)
+ Nhiệt lượng do hỗn hợp NL - sản phẩm vào zon 1 là Q21.
+ Nhiệt lượng do phản ứng sinh ra ở zon 2 là:
Q22 = y% x 35,16 x 1000
186,4
37
= 3107,78 (kcal/h)
+ Tính nhiệt lượng do hỗn hợp sản phẩm - nguyên liệu mang vào zon 2
ở 600C (3330K).
Q21 = Q2,MTBE + Q2,MEOH + Q2,IB + Q2n-buten + Q2, nước
Trong đó:
Q2,MTBE : lượng nhiệt do MTBE mang vào zon 2 (kcal/h)
Q2,MeOH : Lượng nhiệt do MeOH chưa chuyển hóa mang vào zon 2 (kcal/h)
Q2,IB : lượng nhiệt do IB chưa chuyển hóa mang vào zon2 (kcal/h).
Q2,n- buten : lượng nhiệt do n-buten mang vào zon 2(kcal/h).
Q2, nước : lượng nhiệt do H2O mang vào zon 2 (kcal/h)
+ Nhiệt lượng do MTBE mang vào zon 2 là:
Q2,MTBE = G2,MTBE . Cp,MTBE. t2 (Kcal/h).
Cp,MTBE = 53,176 + 0,7173 x 333 - 0,1533 x 10
-2
x 333
2
+
+ 0,202 . 10
-5
. 333
3
.
= 212,59 (Kj/Kmol.độ) = 0,533 (Kcal/kg.độ).
G2,MTBE = 35,16 . X% . 88 (kg/h).
G2,MTBE = 35,16 . X%
Q2,MTBE = 35,16 . X% . 88 . 0,533 . 60 = 989,31. X (Kcal/h)
+ Nhiệt lượng do IB mang vào zon 2:
22,TB 2,IB P,IB
Q G .C .t (Kcal/h).
Tại 600C ta có:
P,IB
C = 0,41 (Kcal/h).
G2,IB = 1969,05 - 1969,05 . X% (Kg/h)
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn Hữu cơ hoá dầu
SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 38
Q2,IB = (1969,05 - 1969,05 . X%) x 0,41 . 60.
Q2,IB
=
= 48438,63 - 484,38 . X. (Kcal/h).
+ Lượng nhiệt do MeOH mang vào zon 2 là:
Q2,MeOH = G2,MeOH x Cp,MeOH x t2 (kcal/h)
Ta có:
Tại 600C ta có:
Cp,MeoH = 0,7 (Kcal/kg.độ).
G2,MeOH = GMeOH, ba đầu - GMeOH phản ứng ở zon 1,
G2,MeOH = 1237,63 - 1237,63 . X%.
= 1237,63 - 12,37. X.
Q2,MeOH = (1237,63 - 12,37 . X) . 0,7 . 60
= 51980,46 - 519,54 . X (Kcal/h)
- Lượng nhiệt do n-buten (buten - 1, buten - 2) mang vào zon 2 là:
Q2,n-buten = G2,n-buten . Cp,n-buten . t2.
Ta có: G2,n-buten = 19,88 (kg/h)
Tại 600C (3330K) ta có:
Cp,n-buten = 0,40 (Kcal/kg.độ).
Q2,n-buten = 19,88 . 0,4 . 60 = 477,12 (Kcal/kg.độ).
+ Nhiệt lượng do H2O mang vào zon2 là:
tại 600C ta có:
Cp,nước = 0,9998 (Kcal/kg.độ)
Q2,nước = 12,5 . 0,9998 . 60 = 749,85 (Kcal/h).
Vậy nhiệt lượng do hỗn hợp sản phẩm - nguyên liệu mang vào zon 2 là:
Q21 = Q2,MTBE + Q2,MeoH + Q1,n-buten + Q2,H2O + Q2,IB
=
Q21 = 101646,06 - 14,61.X
= 101646,06 - 14,61. 28,6 = 101228 (Kcal/h).
* Nhiệt lượng do hỗn hợp nguyên liệu - sản phẩm mang ra khỏi zon 2
là ở 1000C :
Q23 = Q2,MTBE + Q2,MeoH + Q2,IB + Q2,n-buten + Q2,nước. (Kcal/h)
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn Hữu cơ hoá dầu
SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 39
Trong đó:
Q2,MTBE: Lượng nhiệt do MTBE mang ra khỏi Zon 2 (Kcal/h).
Q2,MeoH: Lượng nhiệt do MeoH chưa chuyển hoá mang ra khỏi zon2
(Kcal/h).
Q2,IB: Lượng nhiệt do IB chưa chuyển hoá mang ra khỏi zon 2 (Kcal/h).
Q2,n-buten: lượng nhiệt do n-buten mang ra khỏi zon 2 (Kcal/h).
Q2,nước: Lượng nhiệt do H2O mang ra khỏi zon 2 (Kcal/h)
+ Lượng nhiệt do MTBE mang ra khỏi zon 2 ở nhiệt độ t2 = 100
0
C
Q2,MTBE = G2,MTBE . Cp,MTBE. t2 (Kcal/h).
Ta có: G2,MTBE = y%. 35,16 . 88 + 35,16 . 88 . X%.
= 30,94. y% + 884,28 (Kg/h).
Tại 1000C ta có:
Cp,MTBE = 53,176 + 0,717 . 373 - 0,1533 . 10
-3
. 373
2
+ 0,202 . 10
-5
.
373
3
.
Cp,MTBE = 212,16 (Kcal/mol. độ) = 0,576 (Kcal/kg.độ).
Q2,MTBE = (30,94 . y + 884,28). 0,576. 100
Q2,MTBE = 1782,14 y + 50970,32 (Kcal/h).
- Lượng nhiệt do MeoH mang ra khỏi zon 2 là:
Q2,MeoH = G2,MeoH . CP,MeoH . t2 (Kcal/h).
Ta có: G2,MeoH = GMeoH, ban đầu - GMeoH, phản ứng ở zon 1, zon2.
G2,MeoH = 1237,63 - 12,37. y - 12,37 . 28,6.
Cp,MeoH = 0,821 (Kcal/kg.độ).
Q2,MeoH = (883,484 - 12,37 . y). 0,82 . 100
= 72580,01 - 1015,62 y (Kcal/h).
+ Lượng nhiệt do n - buten (buten -1, buten -2) mang ra khỏi zon 2 là:
Q2,n-buten = G2,n-buten . Cp,n-buten . t2
Ta có: G2,n-buten = 19,88 (Kg/h).
Tại 1000C (3730K) ta có:
Cp,buten-1 = 5,123 + 61,76 . 10
-3
. 373 - 19,834. 10
-6
. 373
2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn Hữu cơ hoá dầu
SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 40
= 25,47 (Cal/mol.độ).
Cp,buten-2, cis = 2,047 + 64,311 . 10
-3
. 373 - 19,834 . 10
-6
. 373
2
= 23,28 (Cal/mol độ).
Cp,buten-2, trans = 4,967 + 59,96 . 10
-3
. 373 - 19,834 . 10
-6
. 373
2
.
= 24,47 (Cal/mol. độ).
Cp,n-buten =
p,buten 1 p,buten 2,cis p,buten 2,transC C C
3
Cp,n-buten =
25,47 23,28 24,71
3
= 24,49 (Cal/mol. độ)
= 0,44 (Kcal/kg.độ).
Q2,n-buten = 19,88 . 0,44 . 100 = 874,72 (Kcal/h).
- Nhiệt lượng do H2O mang ra khỏi zon 2 là:
Ta có:
Q2, nước = Gnước. Cp,nước . t2 = 12,5 . 1. 100 = 1250 (Kcal/h).
- Lượng nhiệt do IB chưa chuyển hoá mang ra:
Q2,IB = G2,IB . GIB, ban đầu - GIB, phản ứng ở zon 1 và zon 2.
G2,IB = 1969,05 - 1969,05. . y% - 1969,05 . 28,6.
G2,IB = 1405,9 - 19,69 y (Kg/h).
Theo bảng 9 ta có:
CP,IB = 5,331 + 60,246 . 10
-3
. 373 - 18,14 . 10
-6
. 373
= 25,28 (Cal/mol) = 0,45 (Kcal/kg. độ).
Q2,IB = (1405,9 - 19,69. y). 0,045 . 100
= 63265,14 - 886,05 . y (Kcal/h).
Vậy Q23 = 1782,14.y + 50970,32 + 72580,01 - 1015,62y + 63265,14 -
- 886,05y + 874,72 + 1250.
Q23 = 189299,19 - 119,53 y (Kcal/h)
- Lượng nhiệt mất mát ở zon 2 là:
Q24 = 1%. Q23 = 1892,99 - 1,19y (Kcal/h)
Từ phương trình cân bằng nhiệt lượng zon 2 ta có:
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn Hữu cơ hoá dầu
SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 41
Q21 + Q22 = Q23 + Q24.
101228,91 + 3107,78y = 189299,19 - 119,53y + 1892,99 - 1,99y
3228,47 y = 89963,27
y = 28
c) Đối với zôn 3
Nguyên liệu và sản phẩm vào zon 3 ở 600C và ra khỏi zon 3 ở 1000C.
Do thiết bị là đoạn nhiệt nên ta có phương trình cân bằng nhiệt của zon 2.
Q31 + Q32 = Q33 + Q34
Trong đó:
Q31: Lượng nhiệt do hỗn hợp - sản phẩm nguyên liệu mang vào
zon 3 (kcal/h)
Q32: Lượng nhiệt do phản ứng tạo ra ở zon 3.
Q33: Lượng nhiệt do sản phẩm mong ra (cal/h).
Q34: Lượng nhịêt do mất mát ở zon 3 (kcal/h)
* Nhiệt lượng do phản ứng tạo ra ở zon 3.
Q32 = Z% x nIB (37/4,186)
Q32 = Z% x 35,16 x 37/4,186 x 1000
Q32 = 3107,78 (kcal/h)
* Nhiệt lượng do hỗn hợp sản phẩm - nguyên liệu mang vào zon 3 là:
Q31 = Q3,MTBE + Q3,MeOH + Q3,IB + Q3,n-buten + Q3, nước
Trong đó:
Q3,MTBE: lượng nhiệt do MTBE mang vào zon 3 (kcal/h)
Q3,MeOH: lượng nhiệt do MeOH mang vào zon 3 (kcal/h)
Q3,IB : lượng nhiệt do IB chưa chuyển hóa (kcal/h) mang vào zon 3
(kcal/h)
Q3, n-buten: lượng nhiệt do n - buten mang vào zon 3 (kcal/h)
Q3, nước: lượng nhiệt do H2O mang vào zon 2 (kcal/h)
+ Lượng nhiệt độ MTBE mang vào zon 3 là:
Q3, MBTE = G3,MTBE x GP,MTBE x t3 (kcal/h)
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn Hữu cơ hoá dầu
SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 42
G3,MTBE = 35,16 . 88 . x% + 35,16 . 88 . y%
= 35,16 . 88 (x% + y%).
G3,MTBE = 35,16 . 88
28,6 28
100
= 1751,24 (kg/h).
Cp,MTBE = 53,176 + 0,7173,333 - 0,1533 x 10
-2
. 333
2
+ 0,202 . 10
-5
. 333
3
.
= 212,59 (Kj/Kmol.độ) = 0,533 (Kcal/kg.độ)
Q3,MTBE = 1751,24 . 0,533 . 60 = 56004,02 (Kcal/h).
+ Nhiệt lượng do IB= mang vào zon 3 là:
Q3,IB
= G3,IB . CP,IB. t3 (Kcal/h).
Ta có:
G3,IB = GIB, ban đầu - GIB, phản ứng zon 1 và zon 2.
= 1969,05 - 1969,05 . 28,6% - 1969,05 . 28%.
G3,IB = 854,56 (Kg/h).
Cp,IB = 5,331 + 60,246 . 10
-3
. 333 - 18,14 . 10
-6
. 333
2
= 96,1 (Cal/mol.độ) = 0,41 Kcal/kg.độ).
Q3,IB = 854,5 . 0,41 . 60 = 21022,17 (Kcal/h).
+ Lượng nhiệt do n-buten mang vào zon 3 là:
Q3,n-buten = G3,n-buten . Cp,n-buten . t3 (Kcal/h).
G3,n-buten = 19,88 (Kg/h)
Cp,n-buten = 0,4 (Kcal/khg.độ).
Q3,n-buten = 19,88 . 0,4 . 60 = 477,12 (Kcal/h)
+ Nhiệt lượng do H2O mang vào zon 3 là:
Q3,nước = G3,nước . Cp,nước . t3 = 12,5 x 1 x 60.
= 750 (Kcal/h)
+ Nhiệt lượng do MeoH mang vào zon 3 là:
Q3,MeoH = G3,MeoH . Cp,MeoH . t3 (Kcal/h)
G3,MeoH = 1237,63 - 12,37 (x% + y%).
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn Hữu cơ hoá dầu
SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 43
= 1237,63 - 12,3763 .
28,6 28
100
= 537. (kg/h)
Cp,MeoH = 0,7 (Kcal/kg. độ).
Q3,MeoH = 537 . 0,7 . 60 = 22574,49 (Kcal/h).
Q31 = Q3,MTBE + Q3,IB = +Q3,n-butyen + Q3,nước + Q3,MeoH
Q31 = 100827,94 (Kcal/h).
* Nhiệt lượng do hỗn hợp sản phẩm nguyên liệu mang ra khỏi zon 3.
Tại nhiệt độ 1000C (3730K)..
Q33 = Q3,MTBE + Q3,MeoH + Q3,IB + Q3,n-buten + Q3,nước.
+ Lượng nhiệt do MTBE mang ra khỏi zon 3 là:
Q3,MTBE = G3,MTBE . Cp,MTBE . t3 (Kcal/h).
G3,MTBE = 35,16 . 88 .
28,6 28 z
100
G3,MTBE = 1791,56 + 30,94. z (Kcal/h)
Cp,MTBE = 0,576 (Kcal/kg.độ)
Q3,MTBE = (1751,56 + 30,94. Z). 0,576 . 100
= 103366,65 + 1782,14. Z (Kcal/h)
+ Lượng nhiệt do MeoH mang ra khỏi zon 3 là:
Q3,MeoH = G3,MeoH . Cp,MeoH . t3 (Kcal/.h)
G3,Meoh = 537 - 1237,63 . z%
= 537 - 12,37 . z (kg/h)
Cp,MeoH = 0,821 (Kcal/kg.độ)
Q3,MeoH = 44098,48 - 1015,57 . z (kcal/h)
+ Lượng nhiệt do IB chưa chuyển hoá mang ra khỏi zon 3.
Q3,IB = G3,IB . Cp,IB + t3 (Kcal/h)
G3,IB = 854,56 - 1969,05 . z% (Kg/h).
Cp,IB = 0,45 (Kcal/kg độ).
Q3,IB = (854,56 - 1969.05. Z%) . 0,45 . 100.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn Hữu cơ hoá dầu
SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 44
Q3,IB = 34855,2 - 886,07 . z (Kcal/h).
+ Lượng nhiệt do H2O mang ra khỏi zon 3 là:
Q3,nước = G3,nước . CP,nước . t3 (Kcal/h).
Q3,nước = 12,5 . 0,9998 . 100 = 1250 (Kcal/h).
+ Lượng nhiệt do n-buten (buten -1, buten -2) ra khỏi zon 3 là:
Q3,n-buten = Gn-buten . Cp,n-buten. T3 (Kcal/h).
G3,n-butennn = 19,88 (kg/h).
CP,n-buten = 0,44 (Kcal/kg. độ).
Q3,n-buten = 19,88 . 0,4 . 100 = 874,72 (Kcal/h).
Q31 = Q3,MTBE + Q3,MeoH + Q3,IB + Qn-buten + Q3,nước
= 103366,65 + 1782,14 . z + 44098,48 - 1015,57 . z + 38455,2
- 886,07 . z + 1250 + 874,72
= 188620,23 - 119,3 . z (Kcal/h)
Q34 = 1% . Q33 = 1886,2 - 1,195.z (Kcal/h)
Từ phương trình cân bằng nhiệt ta có:
Q31 + Q32 = Q33 + Q34
100827,94 + 3107 . 7 = 188620,23 - 119,5.z + 1886,20 - 1,195.z
3238,47 y = 91388,54
z = 28,4.
Bảng 11: Cân bằng nhiệt lƣợng cho zon 1
Vào Ra
Q11 101659,14 Q13 188801,11
Q12 8888,50 Q14 1888,01
Tổng 190541,64 Tổng 190689,12
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn Hữu cơ hoá dầu
SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 45
Bảng 12: Cân bằng nhiệt lƣợng cho zon 2
Vào Ra
Q21 101228,91 Q23 185953,13
Q22 87017,84 Q24 1859,53
Tổng 188246,75 Tổng 188246,66
Bảng 13: Cân bằng nhiệt lƣợng cho zon 3
Vào Ra
Q31 100827,94 Q33 187491,02
Q32 88263,50 Q34 1874,12
Tổng 189091,14 Tổng 189071,14
II.3. Cân bằng nhiệt lƣợng đối với thiết bị làm lạnh trung gian do thiết bị
là đẳng nhiệt.
Ta có phương trình cân bằng nhiệt đối với thiết bị làm lạnh trung gian.
Q41 + Q42 = Q43 + Q44
Trong đó: Q41: nhiệt lượng do hỗn hợp lỏng mang vào
Thiết bị làm lạnh trung gian (kcal/h)
Q43: Nhiệt lượng do hỗn hợp lỏng mang ra khỏi thiết bị (kcal/h)
Ta có:
Q41 = Q23 = 185953,13 (kcal/h)
Q43 = Q31 = 100827,94 (kcal/h)
Q44 = 1% . Q43 = 1008,27 (kcal/h)
Q42 = 100827,94 + 1008,27 - 185953,13 (kcal/h)
= - 84116,92 (Kcal/h)
Vậy để đảm bảo cho phản ứng xảy ra ở khoảng nhiệt độ 600C < t <
100
0
C thì mỗi giờ cần phải lấy đi là - 84116,92 (kcal)
II.4. Kiểm tra nhiệt độ hỗn hợp phản ứng khi đi ra khỏi zon 1 và khi đi
vào zon 3
a) Xác định nhiệt độ sản phẩm - nguyên liệu đi ra khỏi zon 1
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn Hữu cơ hoá dầu
SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 46
Hỗn hợp sản phẩm - nguyên liệu ra khỏi zon 1 bao gồm
+ MTBE : GMTBE = 25,16 x 28,6% x 88 = 884,9 (kg/h)
+ MeOH : GMeOH = (38,67 - 35,16 x 28,6%) x 32.
= 915,65 (kg/h)
+ IB: GIB = 35,16 x (1-28,6%) x 56 = 1405,83 (kg/h)
+ H2O: GH2O = 12,5 (kg/h)
+ n- buten : Gn - buten = 19,88 (kg/h)
Nhiệt độ sản phẩm - nguyên liệu ra khỏi zon 1 được xác định theo công
thức sau:
T
*
=
ii
13
CG
Q
Do chưa biết chính xác nhiệt độ hỗn hợp sản phẩm nguyên liệu nên ta
xác định CP ở 100
0
C.
Tại 1000C ta có:
CP,MTBE = 0,576 (kcal/kg độ)
CP,MeOH = 0,821 (kcal/kg độ)
CP,IB = 0,45 (kcal/kg độ)
CP, nước = 0,9998 (kcal/kg độ)
CP, n - buten = 0,44 (kcal/kg độ)
GiCi = 1915,13
T
*
= 0
18801,11
98,72 C
1915,13
Ta thấy khi T tăng thì Cp tăng do đó nhiệt độ thực tế của hỗn hợp sản
phẩm - nguyên liệu ra khỏi zon 1 sẽ lớn hơn T*.
Do đó ta chọn nhiệt độ hỗn hợp sản phẩm và nguyên liệu ra khỏi zon 1
= 100
0
.
b) Xác định nhiệt độ hỗn hợp sản phẩm khi đi vào zon3.
Hỗn hợp sản phẩm - nguyên liệu đi vào zon 3 bao gồm:
+ MTBE : GMTBE = 1754,24 (kg/h)
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn Hữu cơ hoá dầu
SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 47
+ MeOH: GMeOH = 544,91 (kg/h)
+ IB : GIB = 854,56 (kg/h)
+ H2O: GH2O = 12,5 (kg/h)
+ n - buten: Gn-buten = 19,88 (kg/h)
Do chưa biết chính xác nhiệt độ sản phẩm - nguyên liệu đi vào zon 3
nên ta lấy nhiệt dung riêng ở 1000C để tính.
GiCi = 1861,88 (Kcal/kg.độ)
Nhiệt độ sản phẩm - nguyên liệu đi vào zon 3 được xác định theo công
thức sau:
T
*
= 0
100827,94
55 C
1861,88
Khi tăng T thì Cp tăng do đó nhiệt độ thực tế của hỗn hợp sản phẩm
nguyên liệu đi vào zon 3 sẽ lớn hơn T*.
Nên chọn nhiệt độ hỗn hợp sản phẩm - nguyên liệu là t = 600C.
III. TÍNH TOÁN SƠ BỘ THIẾT BỊ PHẢN ỨNG CHÍNH
III.1. Tính thể tích làm việc của thiết bị phản ứng chính
*Tính hằng số vận tốc:
Quá trình ete hóa sử dụng xúc tác Amberlyst 15.
Các thông số lấy từ bảng 4.
Vận tốc phản ứng: W = r. c
Trong đó:
r = 0,0151 mol/h . mequir
c = 4,75 mequiv/gxt
W = 0,072 (mol/h.gxt)
Ta có vận tốc phản ứng phụ thuộc vào nồng độ chất tham gia phản ứng
và hằng số tốc độ.
W = K x C1 x C2
K =
21 C.C
W
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn Hữu cơ hoá dầu
SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 48
Với C1 : nồng độ của izo C4H8 sau phản ứng
C2 : nồng độ của CH3OH sau phản ứng
K : hằng số vận tốc
Vận tốc phản ứng đo được là phản ứng giữa metanol và izobuten nồng
độ 45 55%.
Ta lấy 50%V, như vậy trong 1 lít nguyên liệu:
Ta có: izobuten = 0,588 (g/cm
3
) = 588 (g/l) = 10,5 mol/l
metanol = 0,764 (g/cm
3
) = 0,764(g/l) = 23,875 (mol/l)
Vậy trong 1 lít izo C4H8 có 10,5 mol C4H8
1 lít metanol có 23,875 mol metanol.
Gọi b là nồng độ phần mol của izo C4H8 trong 1 lít dung dịch hỗn hợp
thì (1 -x) là thành phần mol của metanol.
Với tỷ lệ metanol/izo C4H8 = 1,1/1.
Ta có: (1-x) . 23,875 = 1,1.x . 10,5
x = 0,67
Như vậy trong 1 lít nguyên liệu ta có: 0,67 x 10,5 x 0,5
= 3,5175 (mol IB)
Số mol metanol trong 1 lít hỗn hợp.
3,5175 x 1,1 = 3,8693 (mol)
Đó chính là nồng độ ban đầu Co.
Nồng độ IB sau phản ứng là C1 theo (1) XMeOH = 7,2%.
C1 = 3,5175 - 3,8673 . 0,72
C1 = 3,2371.
Nồng độ metanol sau phản ứng là C2
C2 = 3,8673 - 3,8673 x 0,072 = 3,5889
Vận tốc phản ứng, đọ chuyển hóa thấp - ta có thể
Tính Gbình và vận tốc phản ứng W = C1TB x C2TB
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn Hữu cơ hoá dầu
SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 49
k =
1TB 2TB
W 0,072
3,2391 3,517 3,8673 3,5889C .C
*
2 2
K =
2
30,072 0,072 l0,056.10
3,404.3,2284 12,692 mol.gxt.h
= 0,0056 . 10
-6
(m
3
/mol.gxt.h)
Khối lượng riêng của xúc tác là 760 kg/m3.h.
K = 0,0056 x 10-6 x 760 x 10-3 =
h.l.m
m3
K = 0,004256 (m
3
/mol.h)
*Tính thời gian lưu của nguyên liệu
Phản ứng tổng hợp MTBE tiến hành trong điều kiện 600 1000C.
izo C4H8 + CH3OH MTBE
Đây là phản ứng bậc 2, ta có biểu thức phương trình động học:
-
d.k
c
dc
c.K
d
dc
2
2
Trong đó:
- thời gian lưu
k - hằng số vận tốc phản ứng
c - nồng độ kmol/m3, mol/m3
Lấy tích phân hai vế
C
0C 0
2
c dk
c
d
.k
C
1
C
1
0
(**)
Trong đó:
84HizoC
n : số mol C4H8 trong hỗn hợp vào thiết bị
= 1969,05 (kg/h) = 35,16 (kmol/h)
2vVh : thể tích hỗn hợp đi vào thiết bị
= 5010,01 (l/h) = 5,010 (m
3
/h)
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn Hữu cơ hoá dầu
SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 50
Bảng 14: Hỗn hợp nguyên liệu vào
Cấu tử Lượng
(kg/h)
Lượng
kmol/h
,g/l V(mol)
l/mol
V,(l/h)
IB 1969,05 35,16 587,9 0,095 3340,2
CH3OH 1237,63 38,67 763,7 0,042 1624,14
H2O trong
CH3OH
12,5 0,69 983 0,018 1242
Các C4 19,88 0,35 587,9 0,095 33,25
Tổng 3239,06 74,87 5010,01
Vậy C0 = 02,7
01,5
10.16,35 3
. 10
3
(mol/m
3
)
= 7,02 (kmol/m
3
)
Trong đó nizo C4H8 : số mol Izo C4H8 trong hỗn hợp vào
2hrV : Thể tích hỗn hợp ra khỏi thiết bị.
Bảng 15: Hỗn hợp sản phẩm ra khỏi thiết bị phản ứng
Cấu tử Lượng
(kg/h)
Lượng
kmol/h
,g/l V(mol)
l/mol
V,(l/h)
MTBE 2725,96 30,09 730,4 0,121 3748,19
H2O 12,5 0,69 983 0,018 12,42
IB dư 295,35 5,27 587,9 0,095 500,65
CH3OH 185,37 5,82 763,7 0,042 224,4
Các C4 19,88 0,35 587,9 0,095 33,25
Tổng 3239,06 44,98 4538,91
Vậy 2hrV = 4538,91 (l/h) = 4,538 (m
3
/h)
3
3 35,27.10C 1,161.10 (mol /m )
4,538
Thay CO, C , k vào công thức (**)
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn Hữu cơ hoá dầu
SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 51
1 1 1
0,17
0,005256 1161 7020
(h)
* Tính thể tích làm việc của thiết bị
Vr = m . V . (m
3
)
Trong đó:
m: hệ số dự trữ, lấy m = 1,5
V : thể tích hỗn hợp dòng vào (m
3
/h)
: thời gian lưu (h)
Vr = 1,5 x 5 x 0,17 = 1,3 (m
3
)
2. Tính diện tích bề mặt ngang thiết bị phản ứng.
Chọn đường kính thiết bị là D = 1m.
Diện tích bề mặt ngang được tính theo công thức sau:
S =
2 2D 1
3,14.
4 4
= 0,785 (m)
3. Chiều cao làm việc của thiết bị.
Do phản ứng tổng hợp MTBE sảy ra trên bề mặt xúc tác nhựa trao đổi
ion nên chiều cao của các lớp xúc tác trong thiết bị:
Chiều cao thiết bị H được tính theo công thức:
H = r
V 1,3
1,7
S 0,785
(m)
4. Tính toán cho các zon phản ứng.
4.1. Tính toán cho zon 1.
Gọi Vr1 là thể tích làm việc của zon 1.
H1 là chiều cao của lớp xúc tác trong zon 1.
Vr1 = m.1. 1 (m
3
).
Trong đó: m là hệ số dự trữ lấy m = 1,5.
1 là lưu lượng dòng vào zon 1 (m
3
/h).
1 = v = 5 (m
3
/h)
1: thời gian lưu của nguyên liệu trong zon 1 (h)
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn Hữu cơ hoá dầu
SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 52
1 =
1 0
1 1 1
K C C
(***)
+ Theo tính toán thì K = 0,004256 (M
3
/mol.h).
+ Nồng độ izo C4H8 trong hỗn hợp nguyên liệu ở thời điểm t = 0; C0 =
70,20 (mol/m
3
).
+ Nồng độ izo C4H8 trong hỗn hợp nguyên liệu ở thời điểm t = 1 được
tính:
Bảng 16: Hỗn hợp sản phẩm ra khỏi zon 1.
Cấu tử
Lƣợng
(kg/h)
Lƣợng
(kmol/h)
(g/l) Vmol V (l/h)
Izo C4H8 1388,19 24,78 578,9 0,095 2354,1
MeoH 911,38 28,48 763 0,042 1196,16
MTBE 897,2 10,19 730,4 0,121 1232,16
n-buten 19,88 0,355 578,9 0,095 33,72
H2O 12,5 0,69 983 0,018 12,42
4828,49
4 8
1
IzoC H 3 3
hçn hî p ra zon 1
n 24,78
C 5,132x10 (mol /m )
V 4,828
thay K, C1, C0 vào (***)
1
1 1 1
x
0,004256 5132 7020
= 0,012 (h)
Thay m, V, 1 vào phương trình
Vr1 = m. v. 1 = 1,5 x 5 x 0,012 = 0,1 (m
3
)
* Tính chiều cao làm việc của zon phản ứng 1.
Chiều cao làm việc của zon 1 chính là chiều cao của lớp xúc tác trong zon 1.
Với đường kính thiết bị D = 1(m), tiết diện ngang của thiết bị là
S=0,785 (m
2
). Ta tính được chiều cao làm việc của zon 1.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn Hữu cơ hoá dầu
SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 53
H1 =
r1V 0,1 0,13
S 0,785
(m)
4.2. Tính toán cho zon 2.
Gọi Vr2 là thể tích làm việc của zon 2.
H2 là chiều cao của lớp xúc tác trong zon 2.
* Vr2 = m . V2 . 2 (m
3
).
Trong đó: m: hệ số dự trữ, m = 1,5.
v2 : lưu lượng dòng vào zon 2 (m
3
/h)
v2 = v = 5 (m
3
/h)
2 : thời gian lưu của nguyên liệu trong zon 1.
2 =
2
1 1 1
K C C
(**)
+ K = 0,004256
+ Nồng độ Izo C4H8 trong hỗn hợp nguyên liệu ở thời điểm 1 là:
C1 = 5132 (mol/m
3
)
+ Nồng độ Izo C4H8 trong hỗn hợp nguyên liệu thời điểm 2 là C2:
C2 =
4 8IzoC H zon2
hrazon2
n
V
Bảng 17: Bảng hỗn hợp ra khỏi zon 2;
Cấu tử
Lƣợng
(kg/h)
Lƣợng
(kmol/h)
(g/l) Vmol V (l/h)
MTBE 1751,24 20 730,4 0,121 2420
Izo C4H8 854,56 15,26 587,9 0,095 1449,7
CH3OH 537 16,68 763,7 0,042 700,56
H2O 12,5 0,69 893 0,018 12,42
Các C4 (T/chất) 19,88 0,355 587,9 0,095 33,72
4616,46
hçn hî p ra zon 2V 4616,4(l / h) = 41616 m
3
/h
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn Hữu cơ hoá dầu
SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 54
4 8
3
izoC H zon2
2
hçn hî p ra zon 2
n 15,26.10
C
V 4,616
= 3,305 . 10
3
(mol/m
3
).
Thay K, C2 , C1 vào phương trình (**)
2
1 1 1
0,026(h)
0,004256 3305 5132
Thay m V2, 2 vào phương trình:
Vr2 = m. r2. 2 = 1,5 x 5 x 0,026 = 0,2 (m
3
)
* Tính chiều cao làm việc của zon 2 là chiều cao của lớp xúc tác trong
zon 2.
Với đường kính thiết bị D = 1 (m), tiết diện ngang của thiết bị là 0,785
(m). Ta tính được chiều cao của H2 của zon 2.
H2 =
r2V 0,2
S 0,785
= 0,26 (m)
4.3. Tính toán cho zon 3.
Gọi Vr3 là thể tích làm việc của zon 3.
H3 là chiều cao của zon 3 lớp xúc tác.
* Vr3 = m . V3 . 3.
Trong đó: m: là hệ số dự trữ m = 1,5.
v3: lưu lượng dòng vào zon 3 (m
3
/h)
v3 = v = 5 (m
3
/h)
2: thời gian lưu của nguyên liệu và sản phẩm trong zon 3.
3
3 2
1 1 1
K C C
(***)
+ K = 0,004256.
+ Nồng độ Izo C4H8 trong hỗn hợp nguyên liệu ở thời điểm 2 là
C2=3305 (mol/m
3
)
+ Nồng độ Izo C4H8 trong hỗn hợp nguyên liệu ở thời điểm 3 là C3.
Từ bảng 15 ta có: C3 = C = 1161 (mol/m
3
).
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn Hữu cơ hoá dầu
SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 55
Thay K, C2, C3 vào phương trình (***)
3 =
1 1 1
0,004256 1161 3305
3 = 0,132 (h)
Vậy = 1 + 2 + 3.
Thay m V3, 3 vào phương trình:
Vr3 = m. r3. 3 = 1,5 x 5 x 0,132 = 1 (m
3
)
Vậy Vr = Vr1 + Vr2 + Vr3.
* Tính chiều cao làm việc của zon 3.
Chiều cao làm việc của zon 3 là chiều cao của lớp xúc tác trng zon 3.
Với đường kính D = 1 (m), 5 = 0,785 (m)
Ta có:
H3 =
r3V 1 1,3(m)
S 0,785
* Vậy kích thước thiết bị phản ứng như sau:
Chiều cao làm việc của thiết bị: H = 1,7 (m)
Thể tích làm việc của thiết bị Vr = 1,3 (m
3
)
Đường kính thiết bị D = 1(m)
Diện tích bề mặt ngang của thiết bị S = 0,785 (m0
Chiều cao làm việc của zon 1: H1 = 0,1 (m)
Thể tích làm việc của zon 1: Vr1 = 0,13 (m
3
)
Chiều cao làm việc của zon 2: H2 = 0,2 (m)
Thể tích làm việc của zon 2: Vr2 = 0,26 (m
3
)
Chiều cao làm việc của zon 3: H3 = 1,3 (m)
Thể tích làm việc của zon 3: Vr3 = 1 (m
3
)
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn Hữu cơ hoá dầu
SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 56
KẾT LUẬN
Sau hơn bốn tháng tìm tòi tài liệu và đầu tư công sức vào nghiên cứu đề
tài thú vị là tổng hợp MTBE từ TBA, cùng với sự giúp đỡ của GS.TS Trần
Công Khanh và bạn bè, nay em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp này.
Qua đợt làm đồ án tốt nghiệp này em cảng hiểu sâu sắc hơn về nhiều
vấn đề của công nghệ hóa học. Tuy đã cố gắng rất nhiều, nhưng với lượng
kiến thức còn hạn chế nên đồ án này không tránh khỏi những thiếu sót vì vậy
em rất mong nhận được sự chỉ bảo, góp ý của thầy cô và các bạn.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn GS.TS Trần Công Khanh đã
hướng dẫn và chỉ bảo tận tình để giúp em hoàn thành đồ án này.
Hà Nội, ngày 20 tháng 3 năm 2003
Sinh viên: Nguyễn Minh Hải
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn Hữu cơ hoá dầu
SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 57
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Ull Mann'S encyclopedia of industrial chemistry - Đức 1995 vol A16.
2. Applied catalytis: General 134, (1996) 21 - 36.
3. Ull Mann'S encyclopedia of industrial chemistry - Đức 1995 vol A4.
4. Hydrocacbol procesing. May 2000 - 21-36.
5. Ull Mann'S encyclopedia of industrial chemistry - Đức 1995 vol A22.
6. Michael E. Pord Marcel Dekker catalyis of organic reaction. Inc. 2001
7. ChemBtry of Petrochemical processcs. 2
nd
ed Boston Gulf professional
puble 2001.
8. PERP Report, process Evaluation Research planning - Methyl tertiary -
Butyl - Ether (MTBE) 94/95-4.
9. Catalgsis to day 66 (2001) 225 - 232.
10. Raymond E. kivk and Donald F. othMer. Encyclophdia of Chemifcal
technology 1989,vol7.
11. Hydro/processing. Feb 1992, vol 79. N. S. cabol
12. Nguyễn Thị Minh Hiền - CN chế biến khí - ĐHBK Hà Nội.
13. Process Cvaluation réeach plaining (MTBE) 95/95 - 4.
14. Trần Công Khanh - Giáo trình tổng hợp hữu cơ - ĐHBK Hà Nội.
15. Phan Minh Tân - Giáo trình tổng họp hữu cơ hóa dầu
16. Sổ tay tóm tắt một số đại lượng hóa lý - Khoa tại chức - ĐHBK Hà Nội.
17. Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa học tập 1,2 - Nhà xuất bản khoa
học kỹ thuật, 1982.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn Hữu cơ hoá dầu
SV: Nguyễn Minh Hải - Lớp HD2 - K7 58
MỤC LỤC
Trang
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- san_xuat_mtbe_2422.pdf