Luận Văn Tốt Nghiệp Sản Xuất 1, 2 – Dicloetan Từ Etylen.doc

Viết đề tài giá sinh viên – ZALO:0973.287.149-TEAMLUANVAN.COM
Tải tài liệu tại kết bạn zalo : 0973.287.149
TẬP ĐOÀN DẦU KHÍ VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC
DẦU KHÍ VIỆT NAM KHOA DẦU KHÍ
----- // -----
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐỀ TÀI: SẢN XUẤT 1, 2 – DICLOETAN TỪ ETYLEN
Sinh viên thực hiện:
Lê Hoàng Nam 03PPR110014
Trương Khôi Nguyên 03PPR110016
Cao Thị Thu Trang 03PPR110026
Chuyên ngành Lọc Hóa Dầu
Lớp: K3LHD
Khóa : 2013-2018
Người hướng dẫn: TS. Đàm Thị Thanh Hải
Bà Rịa - Vũng Tàu, 2017

ết đề tài giá sinh viên – ZALO:0973.287.149-TEAMLUANVAN.COM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DẦU KHÍ VIỆT NAM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA DẦU KHÍ Độc lập – Tự do - Hạnh phúc
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Họ và tên sinh viên: Lê Hoàng Nam 03PPR110014
Lớp: K3 Lọc Hóa Dầu Khóa: III
1. Đồ án: Sản xuất 1, 2 – dicloetan từ etylen
2. Nhiệm vụ (nội dung yêu cầu và số liệu ban đầu)
- Công suất phân xưởng: 250.000 tấn / năm
- Thời gian làm việc của dây chuyền: 8000 giờ / năm.
- Độ chuyển hóa của etylen: 95%.
- Độ chọn lọc của sản phẩm: 99.5% .
- Sản phẩm phụ: monocloetan, vinyclorua.
3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán
- Tổng quan lý thuyết về nguyên liệu và sản phẩm.
- Công nghệ sản xuất 1, 2 – dicloetan.
- Chọn thuyết minh quy trình công nghệ sản xuất 1, 2 – dicloetan.
- Tính cân bằng vật chất và năng lượng, mô phỏng (nếu có) và kết luận.
4. Các bản vẽ (loại và kích thước bản vẽ): Gồm 01 bản vẽ A1- quy trình công nghệ
5. Ngày giao đồ án:
6. Ngày hoàn thành đồ án:
7. Ngày bảo vệ:

Bà Rịa, ngày… tháng… năm 2017
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
TS BÙI THU HOÀI ĐÀM THỊ THANH HẢI

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Tên đồ án: Sản xuất 1, 2 - dicloetan
Họ và tên người phản biện:
I. PHẦN NHẬN XÉT:
1) Về hình thức và kết cấu ĐAMH:
2) Về nội dung:
2.1. Nhận xét phần tổng quan tài liệu:
2.2. Nhận xét về phương pháp nghiên cứu:
2.3. Nhận xét về kết quả đạt được:
2.4. Nhận xét phần kết luận:
2.5. Những thiếu sót và tồn tại của ĐAMH:
(Đề nghị Quý Thầy Cô ghi chi tiết và chuyển cho Bộ môn)
Bà Rịa-Vũng Tàu, ngày tháng năm 2017
NGƯỜI PHẢN BIỆN

2

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN MÔN HỌC
(Mẫu dành cho GVHD)
Tên đồ án: Sản xuất 1, 2 - dicloetan
Họ và tên của GVHD: Đàm Thị Thanh Hải
1. Nhận xét về tinh thần thái độ làm việc và nghiên cứu của SV
2. Nhận xét về kết quả:
3. Những tồn tại nếu có:
Bà Rịa, ngày tháng năm 2017
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
ĐÀM THỊ THANH HẢI

3

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU .................................................................................................................. i
BẢNG KÍ HIỆU .............................................................................................................. ii
BẢNG VIẾT TẮT .......................................................................................................... iii
DANH MỤC HÌNH ẢNH .............................................................................................. iv
DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................................. v
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ........................................................................................... 1
1.1. Tổng quan nguyên liệu ......................................................................................... 1
1.1.1. Clo ................................................................................................................. 1
1. 1.1.1. Tính chất vật lý ...................................................................................... 1
1.1.1.2. Tính chất hóa học ................................................................................... 1
1.1.1.3. Điều chế Clo ........................................................................................... 2
1.1.1.4. Ứng dụng ................................................................................................ 3
1.1.1.5. Những nguy hại của Clo ......................................................................... 3
1.1.2. Etylen ............................................................................................................. 4
1.1.2.1. Tính chất vật lý ....................................................................................... 4
1.1.2.2. Tính chất hóa học ................................................................................... 4
1.1.2.3. Điều chế etylen ....................................................................................... 6
1.1.2.4. Ứng dụng ................................................................................................ 7
1.2. Tổng quan sản phẩm 1,2 - dicloetan ..................................................................... 7
1.2.1. Tính chất vật lý .............................................................................................. 7
1.2.2. Tính chất hóa học .......................................................................................... 8
1.2.3. Ứng dụng ....................................................................................................... 9
1.2.4. An toàn, tồn trữ và vận chuyển ................................................................... 10
1.3. Công nghệ sản xuất EDC ................................................................................... 11
1.3.1. Công nghệ sản xuất EDC trực tiếp .............................................................. 11
1.3.1.1. Cơ chế................................................................................................... 11
1.3.1.2. Xúc tác .................................................................................................. 12
1.3.1.3. Công nghệ sản xuất EDC trực tiếp pha lỏng ........................................ 13

4

1.3.1.4. Công nghệ sản xuất EDC trực tiếp pha hơi .......................................... 15
1.3.3 Công nghệ oxy clo hóa ................................................................................. 16
1.3.3.1 Cơ chế .................................................................................................... 16
1.3.3.2. Xúc tác .................................................................................................. 17
1.3.3.3. Công nghệ với thiết bị tầng cố định ..................................................... 18
1.3.3.4. Công nghệ với thiết bị phản ứng tầng sôi ............................................. 19
1.3.3. So sánh và lựa chọn phương pháp sản suất ................................................. 21
1.4. Thuyết minh quy trình công nghệ ...................................................................... 24
1.4.1. Sơ đồ công nghệ .......................................................................................... 24
1.4.2. Mô tả sơ đồ công nghệ ................................................................................ 25
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT ................................................ 26
2.1. Các phản ứng xảy trong thiết bị clo hóa ............................................................. 26
2.2. Xác định năng suất làm việc ............................................................................... 26
2.3. Tính toán cân bằng vật chất ................................................................................ 28
2.3.1. Tính toán cân bằng vật chất ở thiết bị phản ứng chính (1) .......................... 28
2.3.1.1. Tính lượng etylen vào thiết bị phản ứng .............................................. 28
2.3.1.2. Lượng clo cho vào ................................................................................ 29
2.3.1.3. Dòng tuần hoàn trở lại thiết bị phản ứng chính (1) là dòng ra của thiết
bị phản ứng thứ cấp chứa xúc tác ...................................................................... 30
2.3.2. Cân bằng vật chất thiết bị phản ứng thứ cấp (3).......................................... 32
2.3.3 Cân bằng vật chất tháp tách lỏng khí (2) ...................................................... 34
2.3.4 Cân bằng vật chất thiết bị ổn định (5) .......................................................... 36
2.3.5. Cân bằng vật chất thiết bị rửa lắng (7), thiết bị tách EDC/H2O (9) và tách
H2O/ EDC (10) ...................................................................................................... 37
2.3.5.1 Thiết bị chưng cất đẳng phí (10) ........................................................... 37
2.3.5.2. Thiết bị tách H2O / EDC (7) ................................................................. 38
2.3.5.3. Thiết bị trung hòa bằng NH3 (8) ........................................................... 40
2.3.5.4. Thiết bị tách EDC / H2O (9) ................................................................. 41
2.3.6. Cân bằng vật chất tháp chưng EDC (11) ..................................................... 43

5

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG ......................................... 45
3.1. Thông số cơ bản ................................................................................................. 45
3.2. Hiệu ứng nhiệt của các phản ứng xảy ra ............................................................ 45
3.3. Tính cân bằng nhiệt lượng cho quá trình............................................................ 47
3.3.1. Cân bằng nhiệt lượng ở thiết bị phản ứng sơ cấp (1): ................................. 47
3.3.1.1. Nhiệt lượng các dòng vật chất mang vào thiết bị phản ứng sơ cấp (1) 48
3.3.1.2. Nhiệt lượng dòng vật chất mang ra khỏi thiết bị phản ứng.................. 50
3.3.1.3. Nhiệt lượng cần làm mát ...................................................................... 51
3.3.2. Cân bằng nhiệt lượng ở phản ứng thứ cấp (3)............................................. 52
3.3.3. Nhiệt lượng làm mát cho dòng sản phẩm đáy đi ra từ (2)........................... 54
3.3.4. Cân bằng nhiệt lượng thiết bị tách EDC/nước (9)....................................... 56
3.3.5. Cân bằng nhiệt lượng thiết bị chưng cất đẳng phí (10)............................... 58
3.3.6. Cân bằng nhiệt lượng tháp tách EDC (11) .................................................. 60
KẾT LUẬN ................................................................................................................... 63
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................. 64
LỜI CẢM ƠN................................................................................................................ 65

6

LỜI NÓI ĐẦU
Dicloetan (EDC) là một hợp chất hữu cơ quan trọng trong công nghệ tổng hợp hữu cơ
hóa dầu. EDC được ứng dụng rộng rãi làm dung môi (trong quá trình chiết tách, khử
dầu mỡ, ...), chất tẩy rửa trong công nghiệp, chất làm sạch kim loại. EDC có thể được
thêm vào xăng như một chất chống tạo muội cho nhiên liệu. Đặc biệt, EDC là nguyên
liệu trung gian sản xuất vinyl clorua monomer (VCM) – một monomer quan trọng để
tổng hợp poly vinyl clorua (PVC) có ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp
khác nhau như xây dựng, dân dụng, dệt may, kỹ thuật điện, vô tuyến viễn thông, giao
thông vận tải, kỹ thuật ô tô, …
Công nghệ tổng hợp EDC đã và đang được quan tâm và phát triển. Vì vậy, việc thiết kế
phân xưởng sản xuất EDC với năng suất và chất lượng EDC cao hơn để đáp ứng nhu
cầu sử dụng ngày một tăng cao là việc làm cần thiết. Công nghệ sản xuất EDC về cơ
bản xuất phát từ hai phương pháp chính là clo hóa trực tiếp etylen (ở pha lỏng và ở pha
khí tương ứng với quá trình xảy ra ở nhiệt độ thấp và ở nhiệt độ cao) và oxy clo hóa
etylen. Ngày nay, hai phương pháp này được cải tiến nâng cấp nhiều hơn. Dây chuyền
sản xuất EDC thường được kết hợp với dây chuyền sản xuất vinyl clorua để tận dụng
lượng HCl sinh ra từ quá trình sản xuất vinyl clorua. Trong đồ án này, nhóm tác giả xin
được trình bày về thiết kế một phân xưởng sản xuất EDC theo phương pháp clo hóa
trực tiếp etylen ở nhiệt độ thấp.
i

BẢNG KÍ HIỆU
Đại lượng Kí hiệu Đơn vị
Lưu lượng G kmol/h (kg/h)
Nhiệt độ T
0
C–K
Áp suất P atm – bar
Công suất P tấn/năm
Nhiệt dung riêng Cp kJ/kmol.K
Enthalpy ∆H kJ/kmol
Entropy ∆S kJ/K
Nhiệt lượng nguyên liệu mang vào Qvào kJ/h
Nhiệt lượng sinh ra từ phản ứng Qpư kJ/h
Nhiệt lượng dòng sản phẩm mang ra khỏi Qra kJ/h
Nhiệt lượng trao đổi với thiết bị làm mát Qlm kJ/h
Nhiệt lượng thất thoát ra môi trường Qtt kJ/h
Nhiệt lượng của reboiler Qreb kJ/h
ii

BẢNG VIẾT TẮT
Ý nghĩa Kí hiệu
Diclopropan DCP
1, 2 – dicloetan EDC
Monocloetan MCE
Tricloetan TCE
Vinyl clorua monomer VCM
iii

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1.Cấu tạo của etylen ............................................................................................5
Hình 1.2 Tình hình tiêu thụ EDC trên thế giới [7] ........................................................ 10
Hình 1.3. Phương pháp sản xuất EDC bằng clo hóa etylen, sản phẩm ở dạng hỗn hợp
lỏng hơi.......................................................................................................................... 14
Hình 1.4. Phương pháp sản xuất EDC bằng clo hóa etylen, sản phẩm dạng hơi.......... 16
Hình 1.5. Sơ đồ công nghệ sản xuất EDC bằng phương pháp oxi hóa xúc tác tầng cố
định ................................................................................................................................ 19
Hình 1.6. Sơ đồ công nghệ sản xuất EDC bằng phương pháp oxi hóa xúc tác tầng sôi 20
Hình 1.7. Sơ đồ công nghệ sản xuất EDC sản phẩm thu được dạng lỏng hơi .............. 24
Hình 2.1.Dòng vật chất ở thiết bị phản ứng chính (1)................................................... 28
Hình 2.2. Dòng vật chất thiết bị phản ứng thứ cấp (3).................................................. 32
Hình 2.3. Dòng vật chất ở thiết bị ổn định (5)............................................................... 36
Hình 2.4. Dòng vật chất thiết bị rửa lắng (7), thiết bị tách EDC/H2O (9) và tách H2O/
EDC (10)........................................................................................................................ 37
Hình 3. 1. Dòng vật chất ở thiết bị phản ứng chính (1)................................................. 47
Hình 3. 2. Các dòng vật chất ở thiết bị phản ứng thứ cấp (3) ....................................... 52
Hình 3. 3. Các dòng vật chất thiết bị rửa lắng (7), thiết bị tách EDC/H2O (9) và tách
H2O/ EDC (10) .............................................................................................................. 56
Hình 3. 4. Dòng vật chất thiết bị tách H2O/ EDC (10) và tháp chưng EDC (11) ......... 58
Hình 3. 5. Dòng vật chất thiết bị tháp chưng EDC (11)……………………………. 60
iv

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1.1. Bảng thông số tính chất vật lý của Cl2 .........................................................1
Bảng 1.1.2.Tính chất vât lý của etylen ............................................................................4
Bảng 1.1.3. So sánh các phương pháp sản xuất EDC [9]……………………………...22
Bảng 2.3.1. Bảng cân bằng vật chất thiết bị phản ứng chính (1) .................................. 31
Bảng 2.3.2. Bảng cân bằng vật chất thiết bị phản ứng thứ cấp ..................................... 34
Bảng 2.3.3. Bảng cân bằng vật chất thiết bị tách khí – lỏng ......................................... 35
Bảng 2.3.4. Bảng cân bằng vật chất thiết bị ổn định..................................................... 37
Bảng 2.3.5.1. Bảng cân bằng vật chất của thiết bị tách H2O / EDC (7) (kg/h) ............ 41
Bảng 2.3.5.2. Bảng cân bằng vật chất của thiết bị trung hòa (kg/h) ............................. 42
Bảng 2.3.5.3. Bảng cân bằng vật chất của thiết bị tách EDC / H2O (kg/h) .................. 42
Bảng 2.3.5.4. Bảng cân bằng vật chất của thiết bị chưng cất đẳng phí (10) (kg/h)… 43
Bảng 3. 1.Hàm nhiệt dung riêng, giá trị enthanpy, giá trị entropy của các cấu tử [9] .. 45
Bảng 3.3.1.1. Thành phần và lưu lượng của dòng khí vào............................................ 48
Bảng 3.3.1.2. Bảng thành phần và lưu lượng cấu tử trong dòng tuần hoàn.................. 49
Bảng 3.3.1.3. Thành phần và lưu lượng dòng vật chất vào thiết bị phản ứng............... 50
Bảng 3.3.3.1. Bảng thành phần và lưu lượng dòng đi ra khỏi thiết bị (2)..................... 55
Bảng 3.3.3.2. Bảng cân bằng nhiệt lượng cho dòng vật chất đi ra từ thiết bị (2).......... 56
Bảng 3.3.4.1. Bảng thành phần dòng đang xét ở thiết bị (9)......................................... 57
Bảng 3.3.4.2. Bảng cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị tách EDC/nước (9)................... 58
Bảng 3.3.5.1. Bảng thành phần dòng đang xét ở thiết bị (10)....................................... 58
Bảng 3.3.5.2. Bảng cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị chưng cất đẳng phí (10) ........... 60
Bảng 3.3.6.1. Bảng thành phần dòng đang xét ở thiết bị (11)....................................... 61
Bảng 3.3.6.2. Bảng cân bằng nhiệt lượng cho tháp tách EDC (11) .............................. 62
v

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan nguyên liệu
1.1.1. Clo
Clo tồn tại chủ yếu trong tự nhiên là thành phần chủ yếu của muối ăn và các hợp chất
khác, clo còn là thành phần cấu tạo nên phần lớn sự sống bao gồm cả cơ thể con người.
1.1.1.1. Tính chất vật lý [1]
Ở điều kiện thường, clo có màu vàng lục nhạt, nặng hơn không khí 2.5 lần, có mùi sốc
và cực độc.
Clo tan vừa phải trong nước (ở 20° C, 1lít nước hòa tan 2.5 lít clo). Dung dịch nước clo
có màu vàng nhạt. Khí clo tan nhiều trong dung môi hữu cơ, nhất là hexan và carbon
tetra clorua.
Bảng 1.1.1. Bảng thông số tính chất vật lý của Cl2
Thuộc tính Thông số
Nhiệt độ nóng chảy (° C) -102.4
Nhiệt độ sôi (° C) -34
Điểm tới hạn (° C) 144
Áp suất tới hạn (atm) 76.1
Độ dài kiên kết (A°
) 2
1.1.1.2. Tính chất hóa học [1]
Khí clo là một phi kim điển hình và có tính oxy hóa cực mạnh nên có khả
năng phản ứng ngay lập tức gần như với mọi nguyên tố.
- Tác dụng với nước tạo dung dịch clo:
Cl2 (k) + H2O (l) ↔ HCl (dd) + HClO (dd)
1

- Clo hòa tan vào nước tạo dung dịch Clo có màu vàng lục, mùi hắc, dung dịch có
khả năng làm mất màu quỳ tím (ban đầu làm quỳ hóa đỏ ngay sau đó bị mất màu
do HClO có tính oxy hóa mạnh).
- Tác dụng với kim loại: tác dụng hầu hết với các kim loại và đẩy lên hóa trị dương
cao nhất của kim loại
Cl2 + Fe → FeCl3
- Tác dụng với phi kim:
 Tác dụng với H2:
H2 (k) + Cl2 (k) → 2HCl (k) ∆H = -184.6 kJ
Ở nhiệt độ thường hoặc trong bóng tối, clo oxi hóa chậm hydro. Nếu được chiếu sáng
mạnh hoặc hơ nóng thì phản ứng xảy ra rất nhanh, nếu tỷ lệ H2:Cl2 = 1: 1 thì hỗn hợp
sẽ nổ mạnh.
 Tác dụng với phi kim khác: clo cũng có thể đẩy phi kim đạt hóa trị dương cao
nhất
2P + 5Cl2 → 2PCl5
- Tác dụng với dung dịch kiềm: tác dụng với dung dịch kiềm tạo nước javen có tác
dụng tẩy trắng
Cl2 (k) + 2NaOH (dd) → NaCl (dd) + NaClO (dd) + H2O (l)
1.1.1.3. Điều chế Clo [1]
Nguyên tắc: oxi hoá ion Cl-
thành Cl2
- Trong phòng thí nghiệm: clo được tạo thành khi cho chất oxy hóa mạnh (KMnO4,
KClO4…) tác dụng với HCl đặc
2

KMnO4 +16HCl → 2MnCl2 + 5Cl2 + 2KCl + 8H2O
- Trong công nghiệp: clo có thể thu được nhờ điện phân có màng ngăn nước biển,
màng ngăn có bọc lưới kim loại vào catot, không cho clo và natri hydroxit tác dụng
tạo lại muối
2NaCl + 2H2O → Cl2 + H2 + 2NaOH
1.1.1.4. Ứng dụng [2]
Clo (khí hay dung dịch) có ứng dụng rộng rãi trong đời sống: clo được sử dụng làm
chất diệt khuẩn nước sinh hoạt, nước bể bơi, thậm chí sử dụng làm tinh khiết nước
uống và tẩy trắng trong nhà máy sản xuất giấy, may mặc, dệt nhuộm và thực
phẩm…Clo được ứng dụng trong sản suất vật dụng hằng ngày: từ clo có thể điều chế
được các chất vô cơ như HCl, clorua vôi, dung môi hữu cơ chứa clo như di-clo etane,
thuốc trừ sâu 666, chất dẻo, nhựa, cao su tổng hợp. Ngoài ra, clo còn sử dụng để chiết
suất brom.
1.1.1.5. Những nguy hại của Clo [3]
Đối với sức khỏe con người: nồng độ khoảng 400 ppm trở lên thường gây tử vong
trong vòng 30 phút và 1.000 ppm trở lên có thể gây tử vong chỉ trong vòng vài phút.
Do clo nặng gấp hơn hai lần so với không khí, nó có xu hướng “lắng xuống” ở gần nơi
nó được giải phóng ra, trừ khi bị phân tán bởi không khí. Do đó, nồng độ cục bộ rất cao
có thể xảy ra ở sát khu vực ngay nguồn giải phóng của nó. Điều này có thể dẫn đến
chứng ngạt thở cùng với suy hô hấp, phù phổi, có khả năng xảy ra cao huyết áp động
mạch phổi cấp tính, chứng tim to, tắc nghẽn mạch máu phổi. Clo có thể phản ứng với
nước trong niêm mạc của phổi để hình thành axit clohidric (HCl), một chất gây kích
ứng có thể gây tử vong. Ngoài ra clo còn là thành phần của hợp chất dioxin-chất có khả
năng phá hoại tế bào, làm biến dạng ADN gây dị tật ở người, động vật bị nhiễm.
3

Đối với môi trường: Ở thượng tầng khí quyển, clo chứa trong phân tử
chlorofluorocarbons, ký hiệu CFC, có liên quan trong việc gây hại tầng ôzôn, gây hiện
tượng mưa axit phá hủy rừng, phá hủy các công trình kiến trúc.
1.1.2. Etylen [4]
Etylen có công thức hóa học là C2H4 là sản phẩm trung gian hay sản phẩm cuối của quá
trình lọc dầu. Etylen được dùng để sản xuất poly etylen và các hợp chất làm nguyên
liệu cho nhựa tổng hợp như polyvinyl clo (PVC), polyetylen terphthalate (PET),
polystyrene (PS), …
1.1.2.1. Tính chất vật lý
Etylen là chất khí không màu, không mùi, hơi nhẹ hơn không khí, ít tan trong nước, tan
nhiều trong ether và một số dung môi hữu cơ có cực.
Bảng 1.1.2.Tính chất vât lý của etylen
Thuộc tính Thông số
Khối lượng phân tử 28.05 g/mol
Nhiệt độ nóng chảy -103.7◦C
Nhiệt độ sôi -169.2◦C
Tỷ trọng 1.178 kg/m3
Độ tan trong nước 3.5 mg/100 ml (17◦C)
1.1.2.2. Tính chất hóa học
Trong phân tử etylen có hai nguyên tử carbon ở trạng thái lai hóa sp2
, vì vậy cả 6
nguyên tử (4 nguyên tử hydro và 2 nguyên tử C) đều nằm trong một mặt phẳng, góc
liên kết là 120° gồm một liên kết xích ma và một liên kết pi. Tính đối xứng trong phân
tử tạo nên tính chất quan trọng của etylen, có khả năng tham gia các phản ứng như
phản ứng cộng, oxy hóa, ....
4

Hình 1.1.Cấu tạo của etylen
- Phản ứng cộng: phản ứng quan trọng - bẽ gãy liên kết đôi tạo hợp chất no.

Cộng halogen:



Cộng clo: etylen cộng clo tạo 1, 2 - diclothane (EDC) là sản phẩm trung gian tổng
hợp vinylclo (VC) với điều kiện nhiệt độ, áp suất và xúc tác thích hợp

Cl2 + H2C = CH2 → ClH2C – CH2Cl

Cộng Brom: phản ứng này cũng là cách để nhận biết etylen với các hydrocarbon no
(alkane), dung dịch brom màu nâu đỏ chuyển sang không màu

Br2 + H2C = CH2 → BrH2C – CH2Br
màu nâu không màu

Cộng halogene khác: etylen không phản ứng với iot, còn với flo thì chỉ xảy ra
phản ứng phân hủy


 Cộng hydro: xúc tác Ni, phản ứng tỏa nhiệt
H2 + H2C = CH2 → H3C - CH3
 Cộng hydro halogen (HX với X là Cl, Br, I): etylene phản ứng kém dần từ HCl

→ HBr → HI
HX + H2C = CH2 → H3C - CH2X
5

- Phản ứng oxy hóa: etylen có khả năng phản ứng với chất oxy hóa mạnh
3C2H4 + 2KMnO4 + 4H2O → 3C2H5(OH)2 + 2 KOH + 2MnO2
- Phản ứng trùng hợp: khi có xúc tác và nhiệt độ thích hợp (peroxide, T = 100-300° C,
P = 100 atm), liên kết kém bền trong phân tử etylen bị dứt ra làm cho các phân tử
etylen kết hợp với nhau, tạo thành chất có phân tử lượng rất lớn gọi là polyetylen. Phản
ứng đó gọi là phản ứng trùng hợp.
CH2=CH2 → (H2C – CH2 )n
1.1.2.3. Điều chế etylen
Có nhiều phương pháp để điều chế etylen, hiện nay có một số phương pháp tiêu
biểu được sử phổ biến như:
- Hydro hóa không hoàn toàn acetylene thu etylen
HC≡CH + H2 → H2C=CH2
Phản ứng xảy ra ở áp suất thường và nhiệt độ T= 250° C với xúc tác Ni.
- Nhiệt phân ethane:
C2H6 → H2C = CH2 + H2
Phản ứng xảy ra ở nhiệt độ cao T ≥ 900° C, với điều kiện phản ứng ở nhiệt độ cao như
thế này etylen kém bền dễ bị khử hydro tạo acetylen vì vậy nên tách sản phẩm nhanh ra
khỏi thiết bị phản ứng cũng như giảm thời gian phản ứng.
- Từ dầu mỏ
Etylen có thể thu được từ các phân xưởng trong nhà máy lọc dầu như các phân xưởng
reforming xúc tác, cracking xúc tác tầng sôi, alkyl hóa, ... Ngoài ra etylen còn được sản
suất từ phân đoạn naphtha bằng quy trình steam cracking thu được hỗn hợp olefin, sau
đó đem tách thu được etylen.
6

- Tách H2O từ C2H5OH: xúc tác là hỗn hợp của magie oxide, alumina, silica ở 600-
700K
C2H5OH (g) ↔ C2H4 (g) + H2O(g)
Trong các phương pháp sản xuất etylen trên thì etylen thu được từ dầu mỏ có nhiều ưu
điểm hơn so với các phương pháp khác do có nguồn dầu mỏ ổn định, hiệu suất cao, rẻ.
1.1.2.4. Ứng dụng [5]
Etylen cũng như olefin là nguồn nguyên liệu quý để tổng hợp các hợp chất hữu cơ như
etylen oxide, acetic acid, rượu…, cũng như nguyên liệu cho công nghiệp hóa dầu như
polyetylen, polyvinylclorua,…
Ngoài ra, etylen còn được ứng dụng trong nông nghiệp: sử dụng như là chất kích thích
rau, củ, quả chín. Etylen có khả năng tăng sản lượng mủ cao su.
1.2. Tổng quan sản phẩm 1,2 - dicloetan
Hợp chất hóa học 1, 2- di cloetane (EDC) được tổng hợp lần đầu tiên năm 1975. Với
sự phát triển trong nghiên cứu và ứng dụng của EDC trong các ngành công nghiệp, sản
lượng sản xuất EDC liên lục tăng trong những năm gần đây. Đặc biệt trong giai đoạn
phát triển mạnh của công nghiệp dầu khí trên toàn thế giới. Trong đó xây dựng quy
trình sản xuất EDC tối ưu để có thể đáp ứng được nhu cầu thị trường luôn là ưu tiền
hàng đầu trong công tác nghiên cứu, thiết kế. [6]
1.2.1. Tính chất vật lý [6]
1, 2- dicloetan là chất lỏng tại nhiệt độ phòng, hòa tan dễ dàng trong tất cả các
chlorinated hydrocarbon và trong hầu hết các dung dịch hữu cơ thông thường.
EDC không tan trong nước, tạo dung dịch đẳng phí sôi ở 70,5o
C tại nồng độ 8,2%
nước. Bảng 1.2.1 trình bày một số tính chất quan trọng của EDC.
7

Bảng 1.2.1. Một số tính chất vật quan trong của EDC.
Tính chất Giá trị Đơn vị
Khối lượng phân tử 98,97 dvC
Nhiệt độ nóng chảy -35,3
o
C
Nhiệt độ sôi tại áp suất 1atm 83,7
o
C
Khối lượng riêng ở 20o
C 1,253 g/cm3
Nhiệt độ tới hạn 563 oK
Áp suất tới hạn 5360 kPa
Nhiệt dung riêng tại 20o
C 1,288 kJ.kg-1K
Độ tan tại 20o
C 0,86 wt%
1.2.2. Tính chất hóa học [6]
Trong phân tử EDC có sự khác nhau về độ âm điện của nguyên tử clo và cacbon nên
cặp electron liên kết bị lệch về hướng clo. Kết quả là mật độ electron trong nguyên tử
clo tăng lên nên chúng dễ dàng bị tách ra dưới dạng Cl-
. Như vậy EDC có hai nguyên
tử clo linh động nên có khả năng tham gia nhiều phản ứng.
- Ở nhiệt độ cao, trên 360 0
C , khi có mặt của Fe 1, 2-dicloetane bắt đầu phân hủy
tạo ra vinyl clorua, hydro clorua và một lượng nhỏ axetylene.
2ClCH2-CH2Cl → CH2=CHCl +3HCl + C2H2
- Tại nhiệt độ phòng 1, 2- dicloetan bị phân hủy dần với điều kiện hơi ẩm và tia cực
tím (tia UV). Quá trình phân hủy này có thể bị ngăn chặn bằng các chất ổn định.
- Thủy phân EDC trong môi trường kiềm tạo etylen glycol:
8

ClCH2-CH2Cl + 2H2O → HO-CH2-CH2-OH + 2HCl
- Etylen glycol được ứng dụng trong công nghiệp sản xuất sợi tổng hợp và thuốc nổ.
- EDC tác dụng với kiềm tạo vinyl clorua (VC) nguyên liệu cho tổng hợp poly
vinylclorua (PVC)
ClCH2-CH2Cl + NaOH → CH2=CHCl + NaCl + H2O
- Tác dụng với Amoniac tạo etylen diamine tại 120o
C:
ClCH2-CH2Cl + 2NH3 → H2N-CH2-CH2-NH2 + 2NH4Cl.
- Trong công nghiệp EDC được ứng dụng trong tổng hợp cao su polysulfua Thiokol:
ClCH2-CH2Cl + N2S4 → (-CH2-CH2-Sx-)n
1.2.3. Ứng dụng [7]
Phần lớn 1, 2- dicloetan được sử dụng để sản suất monome vinylclorua (VCM),
nguyên liệu cho ngành công nghiệp sản suất nhưa polyvinyl clo (PVC). Năm 2015,
98% lượng tiêu thụ EDC dung để sản xuất VCM. Ở Trung Quốc và các nước phát triển
như châu Âu, Mỹ, EDC được dùng để sản xuất dung môi. Ngoài ra EDC còn được ứng
dụng trong nhiều lĩnh vực khác như: chất tẩy rửa trong công nghiệp dệt, công nghệ pha
sơn, làm sạch kim loại trước khi mạ crom và niken. EDC còn sử dụng làm dung môi
tẩy rửa chì trong xăng bị nhiễm chì, nhưng ngày nay xăng chì bị hạn chế sử dụng nên
ứng dụng này ít được ứng dụng hơn so với trước.
9

Hình 1.2 Tình hình tiêu thụ EDC trên thế giới [7]
Hình 1.2 trình bày tình hình tiêu thụ EDC trên thế giới. Theo hình 1.2 EDC chủ yếu
được tiêu thụ ở các nước có nền công nghiệp phát triển, đứng đầu là Mỹ, tiếp theo là
châu Âu và Trung Quốc.
1.2.4. An toàn, tồn trữ và vận chuyển [7]
EDC là một chất hóa học dễ cháy và độc hại nên được sản xuất vận chuyển với sự
giám sát nghiêm nghặt. Mỗi cá nhân cần được đào tạo về EDC trong vận hành và sản
xuất và luôn được trang bị áo, giày, găng tay,.. có khả năng chống thấm EDC để ngăn
chặn bất kì sự tiếp xúc nào của EDC đối với da .
Con người có thể bị nguy hiểm tính mạng khi hít phải hơi EDC trên mức PEL theo
OSHA (The Occupational Safety and Health Asociation). Trong đó, PEL (Permissible
Exposure Limits) là nồng độ giới hạn cho phép dưới 50 ppm thì công nhân có thể tiếp
xúc 8 giờ trên ngày, 5 ngày trên tuần mà không nguy hiểm đến tính mạng. Ngoài ra
OSHA cũng thiết lập giới hạn nồng độ cho phép tiếp xúc ngắn STEL (Short Term
Exposure Limit) là 50ppm.
EDC là chất dễ cháy nên cần chú ý trong quá trình tồn chứa, bảo quản tránh để tiếp xúc
với ngọn lửa hoặc nguồn nhiệt có năng lượng cao. Khi cháy có thể dập tắt bằng nước,
10

hóa chất khô, bọt hoặc CO2. Khu vực làm việc cần phải có các biện pháp phòng cháy
tốt, thông thoáng, thông gió tốt để giảm thiểu nguy cơ cháy nổ cũng như gây ngộ độc
khi xảy ra sự rò rỉ EDC trong không khí.
Bể chứa phải đảm bảo kín, kiểm tra rò rỉ thường xuyên trong quá trình sử dụng. Các bể
chứa phải được sơn màu trắng, hoặc màu sáng để tránh làm tăng nhiệt độ của bồn, bể
chứa.
1.3. Công nghệ sản xuất EDC [6]
EDC được sản xuất quy mô công nghiệp thông qua phương pháp clo hóa etylen. Quá
trình này có thể thực hiện được thông qua clo hóa trực tiếp hoặc là oxy clo hóa.
Trong thực tế sản xuất, cả hai quá trình trên thường đi kèm với nhau và hoạt động song
song với nhau. Hầu hết mọi phân xưởng EDC đều được kết nối với cụm VCM. Quá
trình oxy clo hóa được sử dụng để tối ưu lượng HCl sinh ra trong quá trình sản xuất
VCM.
1.3.1. Công nghệ sản xuất EDC trực tiếp [6]
Quátrinh̀ clo hóa trưc ̣tiếp etylen đươc ̣tiến hành trong pha lỏng hoặc pha khí/lỏng . Phản
ứng tỏa nhiêt,̣ nhiêṭđô ̣phản ứng 50 – 90o
C phu ̣thuộc vào phương pháp thu EDC. Khi
EDC ởdang̣lỏng nhiêṭđô ̣phản ứng là50 – 60o
C, khi EDC thu ởdang̣khínhiêṭđô ̣ phản
ứng là85 – 90o
C, áp suất thấp: 0,3 –0,5 106
Pa, tỉlê ̣Cl2:C2H4=1:1.
Dòng nguyên liệu etylen và clo được đưa vào thiết bị phản ứng clo hóa có chứa xúc tác
FeCl3. Nhiệt sinh ra từ phản ứng được tách ra bằng cách trao đổi nhiệt với môi trường
ngoài sử dụng các thiết bị trao đổi nhiệt.
1.3.1.1. Cơ chế
- Phản ứng xảy ra theo cơ chế ái điện tử, clo và etylen hấp phụ lên bề mặt xúc tác, clo
bị phân cực nhờ tác dụng của xúc tác, phân tử clo hoạt động như một tác nhân ái điện
tử sau đó tấn công vào liên kết đôi của etylen
11

FeCl4 – Cl+
+ CH2 = CH2 → FeCl3 + ClH2CCH2Cl
Ngoài ra còn có các phản ứng phụ, tạo sản phẩm phụ không mong muốn.
CH2 = CH2 + Cl2 ↔ CH2 = CHCl + HCl (Vinylclorua)
CH2 = CH2 + 3/2 Cl2 ↔ CH2Cl – CHCl2 (tricloetan)
CH3 – CH = CH2 + Cl2 ↔ CH3 – CH2Cl – CH2Cl (Diclopropan)
- Phản ứng luôn đi kèm với phản ứng phu ̣làphản ứng thếtạo sản phẩm là vinylclorua
CH2 = CH2 + Cl2 ↔ CH2 = CHCl + HCl (Vinylclorua)
Cóthểgiảm phản ứng thếbằng hai cách:
 Giảm nhiêṭđô ̣xuống đến 30o
C (ảnh hưởng đến tốc đô ̣phản ứng)

 Dùng chất kìm ham:̃ thêm oxy vào trong các thành phần của hỗn hơp̣ phản
ứng đểức chếphản ứng thế. Khi cóchất ham̃ cóthểtiến hành ởnhiêṭđô ̣70
– 100o
C.
1.3.1.2. Xúc tác [6]
Xúc tác dùng trong phản ứng clo hóa trực tiếp etylen là xúc tác acid Lewis như FeCl3,
CuCl2, SnCl4,… nhưng thông dụng nhất vẫn là FeCl3 do có độ chọn lọc cao. Ngoài ra,
có thể thêm oxy hoặc không khí vào hỗn hợp chất phản ứng hạn chế sinh ra sản phẩm
phụ khó tinh chế đặc biệt là 1, 1, 2 – tricloetan. Việc sử dụng chất phản ứng chứa ít tạp
chất làm sản phẩm thu được tinh khiết cao hơn. Tỉ lệ propan/propen phải được kiểm
soát nghiêm ngặt để giảm thiểu tối đa sự tạo thành clopropan và clopropen vì sẽ rất khó
để tách loại ra khỏi EDC thông qua chưng cất. Clo kỹ thuật có lẫn một lượng nhỏ brom
nên cần sử dụng clo tinh khiết dạng lỏng được sử dụng để tránh hiện tượng brom hóa
tạo sản phẩm phụ.
12

1.3.1.3. Công nghệ sản xuất EDC trực tiếp pha lỏng
Công nghệ sản xuất EDC trực tiếp pha lỏng được trình bày qua sơ đồ 1.3. Phản ứng
được tiến hành ở 50 – 60 0
C trong thiết bị phản ứng chính (1). Dòng sản phẩm thu
được dạng hỗn hợp lỏng/hơi được đưa qua thiết bị tách lỏng/hơi (2) làm việc trong môi
trường chứa khí N2 để tránh cháy nổ. Khí sản phẩm thu được ở đỉnh thiết bị tách (2)
được thêm clo và đưa vào thiết bị phản ứng thứ cấp (3), sản phẩm EDC của thiết bị thứ
cấp (3) được dùng làm môi trường phản ứng clo hóa và để điều chế dung dịch xúc tác
FeCl3 cho thiết bị phản ứng chính (1). Sản phẩm lỏng đi ra khỏi thiết bị tách lỏng hơi
(2) được hạ nhiệt độ và ổn định nhờ tháp ổn định (5). Phần khí tách ra được đốt bỏ ở
thiết bị đốt (6), sản phẩm được đưa sang bộ phận tinh chế để thu được EDC tinh khiết.
Trong bộ phận tinh chế, nước được thêm vào để tăng cường quá trình tách xúc tác
FeCl3 trước khi đưa vào thiết bị lắng (7), pha lỏng thu được ở đỉnh tháp lắng chứa nước
có lẫn một lượng nhỏ EDC và đưa sang tháp tách EDC ra khỏi nước EDC (9) và đồng
thời tuần hoàn lại tháp lắng. Phía dưới tháp lắng (7) chứa phần lỏng giàu EDC, được
đưa sang bộ phận trung hòa bằng ammonia (8) để tách loại xúc tác ra khỏi dòng sản
phẩm, sau đó được sấy bằng chưng cất đẳng phí ở thiết bị tách nước/EDC (10). Phía
trên tháp chưng cất đẳng phí, EDC nặng hơn nước sẽ được hồi lưu lại tháp (10), phần
nước còn lẫn lượng nhỏ EDC được tuần hoàn lại tháp tách nước (9). EDC khan thu
được ở phần đáy của tháp chưng cất đẳng phí, được đưa sang tháp tách sản phẩm nặng
(11) và (12), để tách EDC khỏi các sản phẩm phụ. Phần nặng có thể được sử dụng làm
dung môi.
13

1- Thiết bị phản ứng chính
2- Thiết bị tách lỏng hơi
3- Thiết bị phản ứng thứ cấp
4- Thiết bị chuẩn bị xúc tác
5- Thiết bị ổn định
11- 12- Thiết bị thu hồi EDC
6- Thiết bị đốt
7- Thiết bị lắng
8- Thiết bị trung hòa ammonia
9- Thiết bị tách EDC/ nước
10- Thiết bị tách nước/EDC
Hình 1.3. Phương pháp sản xuất EDC bằng clo hóa etylen, sản phẩm ở dạng hỗn hợp
lỏng hơi.
14

Ưu điểm của công nghệ này là phản ứng ở nhiệt độ thấp nên ít hình thành sản phẩm
phụ. Tuy nhiên năng lượng tiêu tốn lại cao vì phải cần thêm một lượng hơi nước cho
quá trình làm tinh khiết EDC. Độ chuyển hóa có thể đạt tới 100% với clo và độ chọn
lọc của sản phẩm 99% (tính dựa vào etylen). [6]
1.3.1.4. Công nghệ sản xuất EDC trực tiếp pha hơi
Công nghệ sản xuất EDC trực tiếp pha hơi được minh họa qua sơ đồ 1.4, phản ứng
được tiến hành ở nhiệt độ 85 – 900
C gần nhiệt độ sôi của EDC nên sản phẩm thu được
ở dạng khí. Đây là ưu điểm của quá trình này vì không phải tách xúc tác khỏi phản
ứng. Nhiệt phản ứng được tách bằng cách cho bay hơi môi trường phản ứng. Hiệu suất
thu hồi EDC sẽ thấp hơn và một phần EDC bị thất thoát khi thải xúc tác đi. Trong
trường hợp này, cột hồi lưu (2) được thiết kế thêm cho thiết bị phản ứng để duy trì mức
lỏng trong thiết bị phản ứng và tuần hoàn sản phẩm nặng. Dòng khí thu được ở đỉnh
cột hồi lưu (2) được đưa đi đốt trước khi thải ra môi trường. Dòng sản phẩm lỏng sau
khi ngưng tụ chứa EDC dạng thô đi qua tháp ổn định (4) để tách EDC. Ở đây thu được
dòng EDC ở đáy tháp và dòng khí nhẹ ở đỉnh tháp. Dòng EDC thô sau đó đưa đi tinh
chế.
15

Khí
5
2
HCl
1 FeCl3
Clo 3 4
Etylen Qua dây
chuyền
làm sạch
Đi xử lí
1- Thiết bị phản ứng 3- Chuẩn bị xúc tác
2- Cột hồi lưu 4- Thiết bị ổn định
5- Buồng đốt
Hình 1.4. Phương pháp sản xuất EDC bằng clo hóa etylen, sản phẩm dạng hơi
1.3.3 Công nghệ oxy clo hóa [6]
Phương pháp oxy clo hóa thường được sử dụng kết hợp với các bộ phận sản xuất vinyl
clorua để tận dụng nguồn HCl tạo ra từ các bộ phận này nên hiệu quả sản xuất EDC
cao hơn. Nguyên liệu cho quá trình này bao gồm: etylen, HCl và oxy (tinh khiết hoặc
lấy từ không khí).
1.3.3.1 Cơ chế
Phản ứng xảy ra theo 3 bước với xúc tác được sử dụng là muối CuCl2:
- Bước 1: Tạo ra 1, 2 – dicloetan bằng cách khử muối đồng II thành muối đồng I
2CuCl2 + C2H4 → C2H4Cl2 + Cu2Cl2
16

- Bước 2: Oxy hóa đồng I thành CuO.CuCl2:
2Cu2Cl2 + O2 → 2CuO.CuCl2
- Bước 3: Phản ứng CuO.CuCl2 với HCl tạo lại xúc tác ban đầu (CuCl2) và nước:
CuO.CuCl2 + 2HCl → 2CuCl2 + H2O
Các phản ứng phụ có thể quá trình xảy ra:
- Phản ứng oxy hóa:
C2H4 + 3O2 → 2CO2 + 2H2O + Q
- Phản ứng thay thế:
2C2H4Cl2 + 2HCl + O2 → 2C2H3Cl3 + 2H2O
1.3.3.2. Xúc tác
Trong công nghệ oxy clo hóa, C2H4 và HCl phản ứng với oxy khi có mặt của xúc tác
kim loại. Xúc tác được dùng chủ yếu là muối đồng II (CuCl2) được đính trên chất mang
là alumina. Ngoài ra, có thể sử dụng chất mang khác như graphite, silica gel,…nhưng
hiệu quả không cao. Thông dụng nhất vẫn là alumina vì nó cho hiệu quả cao hơn, khả
năng chống chịu mài mòn tốt và đặc biệt có diện tích bề mặt lớn. Trong nhiều trường
hợp, kim loại kiềm, kiềm thổ hoặc AlCl3 được thêm vào để tăng độ chọn loc, giảm sự
bay hơi của CuCl2 đồng thời cũng kiềm hãm phản ứng tạo mono cloetan.
Alumina có diện tích bề mặt lớn (150-300m2
/g) và độ bền cơ học cao rất thích hợp cho
công nghệ tầng sôi. Khi đó, alumina được sử dụng ở dạng bột (10-200 ). Đối với
thiết bị phản ứng tầng cố định, xúc tác dạng thỏi, dạng cầu. Muối CuCl2 thường được
sử dụng ở nồng độ 3-12 % (trên tổng lượng xúc tác). Muối kim loại kiềm được thêm
vào đảm bảo tỉ lệ mol kiềm/đồng là 2:1, còn muối kim loại kiềm có nồng độ 1 -10 %.
17

1.3.3.3. Công nghệ với thiết bị tầng cố định
Vấn đề kiểm soát nhiệt độ quan trọng đối với thiết bị tầng cố định. Nhiệt độ được kiểm
soát bằng cách sử dụng xúc tác có nồng độ thấp và đồng thời sử dụng các tác nhân kém
hoạt động như graphite, silicon carbide hoặc nickel. Hoạt tính xúc tác thường thấp khi
đưa vào thiết bị phản ứng và cao nhất ở đầu ra của thiết bị. Ngoài ra, nhiệt độ còn có
thể được kiểm soát bằng cách sử dụng các loại xúc tác khác nhau hoặc xúc tác với các
chất độn trơ trong thiết bị phản ứng.
Sơ đồ công nghệ thiết bị phản ứng tầng cố định:
(1)Máy nén (6) Tháp tách lỏng khí
(2) Thiết bị gia nhiệt (7) Thiết bị tách pha
(3) Thiết bị phản ứng (8) Tháp rửa kiềm
18

(4) Tháp rửa nước (9) Tháp sấy
(5) Thiết bị trao đổi nhiệt (10) Bơm tuần hoàn
Hình 1.5. Sơ đồ công nghệ sản xuất EDC bằng phương pháp oxi hóa xúc tác tầng cố
định
Dòng khí HCl và etylen được gia nhiệt bởi thiết bị gia nhiệt (2), kết hợp với dòng khí oxy
hoặc không khí được nén ở (1) đi vào tháp phản ứng. Thiết bị phản ứng (3) có dạng hình
trụ bên trong chứa các ống xúc tác, thiết bị được gia nhiệt bằng dòng dầu nóng để đạt được
nhiệt độ khoảng 230 – 300 0
C. Sau khi phản ứng, dòng sản phẩm ra ở đáy đi vào tháp rửa
(4) bằng H2O để hạ nhiệt độ dòng sản phẩm và thu hồi HCl. Dòng sản phẩm tiếp tục được
làm lạnh và ngưng tụ bằng thiết bị trao đổi nhiệt (5). Sau khi qua thiết bị trao đổi nhiệt (5),
dòng sản phẩm từ trạng thái khí chuyển sang trạng thái lỏng – khí và đi vào tháp tách lỏng
khí (6). Dòng khí đi ra từ đỉnh tháp (6) chứa oxy, etylen chưa phản ứng. Dòng khí này có
hai biện pháp xử lý, một là tuần hoàn một phần lại thiết bị phản ứng, hai là khí đó đem đốt
để cấp nguyên liệu cho qúa trình khác như nhiên liệu cho tháp chưng. Dòng sản phẩm lỏng
đi từ đáy tháp (6) vào tháp tách pha
(7), dòng ra ở đỉnh chứa nước và một ít EDC được đưa đến bộ phận thu hồi EDC hoặc
là bộ phân xử lý nước thải. Dòng sản phẩm lỏng ở đáy tháp (7) chứa chủ yếu là EDC
và xúc tác đi vào tháp rửa (8) sử dụng dung dịch NaOH. Sau đó dòng EDC đã được xử
lý qua tháp sấy (9), dòng khí ra từ đỉnh chứa hơi H2O và một chút EDC được ngưng tụ
thông qua thiết bị trao đổi nhiệt (5) và tiếp tục đi vào thiết bị tách pha (7), nước được
thu hồi trên đỉnh tháp và đi xử lý, còn dòng lỏng từ tháp tách pha được hồi lưu lại tháp
sấy (9). Dòng ở đáy tháp sấy là EDC chứa một ít nước được đưa qua bộ phận tinh chế.
EDC sản xuất theo phương pháp này này, độ chọn lọc có thể đạt 98% và có chứa một
số sản phẩm phụ như monocloetan, vinyclorua,…
1.3.3.4. Công nghệ với thiết bị phản ứng tầng sôi
Đối với thiết bị tầng sôi có ưu điểm là gần như hoạt động đẳng nhiệt. Độ chuyển hóa
của HCl >98%, với lượng dư oxy hoặc không khí và etylen. Nhiệt độ từ 220-240◦C
19

thấp hơn so với thiết bị tầng cố định. Áp suất từ 0.2 – 0.5 MPa để đảm bảo đạt được độ
chuyển hóa cao.
Nhiệt độ phản ứng không quá cao nên các thiết bị phản ứng có thể được làm từ thép
không gỉ. Nhiệt sinh ra được sử dụng để tạo hơi nước hoặc gia nhiệt cho dầu sử dụng
cho các quá trình trao đổi nhiệt hay cấp nhiệt cho hệ thống tháp chưng,…. Ưu điểm của
thiết bị tầng sôi đó là phản ứng có thể thực hiện ngay ở giới hạn nổ, điều này giảm bớt
tiêu chuẩn nghiêm ngặt khi kiểm soát dòng nguyên liệu.
Thực tế, thiết bị phản ứng tầng sôi được sử dụng rộng rãi hơn thiết bị tầng cố định. Một
số công ty sử dụng công nghệ này như B. F. Goodrich, Hoechst, Pittsburgh Plate Glass
(PPG), Ethyl Corp., Solvay, ICI, và Mitsui Toatsu Chemical.
Hình 1.6. Sơ đồ công nghệ sản xuất EDC bằng phương pháp oxi hóa xúc tác tầng sôi
20

Trong công nghệ sản xuất EDC bằng phương pháp oxi hóa xúc tác tầng sôi xảy ra các
quá trình sau:
- Phản ứng: phản ứng xảy ra trong thiết bi ̣xúc tác tầng sôi dang̣ hinh̀ tru ̣đứng, đươc ̣
lắp ống xoắn ruôṭgàđể tách nhiêṭcủa phản ứng tỏa nhiêṭ. Các chất phản ứng hoặc khí
nén được sục vào lớp xúc tác để duy trì trạng thái sôi trong thiết bị phản ứng.
CH2 = CH2 + Cl2 ↔ Cl – CH2 – CH2 – Cl (EDC)
- Làm lanḥ vàxử lýkhísản phẩm: Dòng khí sau khi phản ứng được đưa vào cyclone
để thu hồi xúc tác, dòng sản phẩm được làm lạnh xuống 90 0
C bằng dòng nước vào
100
C tại tháp tôi nóng. Dòng sản phẩm lạnh được rửa bằng NH3 để tách HCl và làm
lạnh tiếp tục ở tháp tôi lạnh bằng nước 10 0
C trong môi trường kiềm để loại các sản
phẩm phụ.
- Tách khi:́ Dòng khí ra khỏi tháp tôi lạnh tiếp tục được làm lạnh và đưa vào tháp hấp
thụ bằng dung môi alkylbenzen, khí không bị hấp thụ được đưa đi xử lý hoặc quay trở
lại thiết bị phản ứng.
- Tách sản phẩm lỏng: Dòng lỏng ra khỏi tháp tôi nóng và lạnh được đưa qua bể lắng
để tạo sự tách pha: pha nước lẫn chất hữu cơ và pha hữu cơ lẫn nước. Pha hữu cơ giàu
EDC đươc ̣gom lai,̣ đưa vào tháp tách nước, pha nước cólẫn EDC đươc ̣đưa vào tháp
thu hồi EDC, tách nước thải.
- Tinh chếEDC: EDC thô đươc ̣đưa vào tháp tách nước bằng chưng cất đẳng phi.́ Dòng
nước lẫn EDC thu được ở đỉnh tháp chưng cất đẳng phí được lắng và hồi lưu, nước nhẹ
hơn được tách ra quay lại tháp tách EDC/nước, ở đáy là EDC khan được đưa đến tháp
chưng cất tách sản phẩm nhẹ và nặng.
1.3.3. So sánh và lựa chọn phương pháp sản suất
Trong quá trình thực hiện đồ án, việc đánh giá, lựa chọn công nghệ sản xuất rất quan
trọng. Hiện nay, có nhiều nhà bản quyển công nghệ sản suất EDC và VCM như: Ineos
21

Vinnyls, Oxy Vinyls, Vinnolit và Mitsui. Mỗi bản quyền công nghệ có ưu, nhược điểm
riêng như sau:
Bảng 1.3.3. So sánh các phương pháp sản xuất EDC [9]
So sánh Công nghệ clo hóa nhiệt độ thấp Công nghệ clo hóa nhiệt độ cao
- Điều kiện phản ứng ít nghiêm ngặt - Sản phẩm thu được ở pha khí vì
hơn vậy không kéo theo xúc tác
- Hiệu suất thu hồi EDC cao hơn - Không cần thiết bị tách xúc tác,
Ưu điểm - Thiết bị phản ứng đơn giản, dễ thu
tách nước
hồi và điều khiển nhiệt phản ứng - Tiêu tốn ít năng lượng
- Chi phí đầu tư và vận hành thấp
hơn
- Sản phẩm thu dạng lỏng có lẫn xúc - Hiệu suất thu hồi EDC thấp hơn
tác do bị mất đi khi thải xúc tác
- Cần thiết bị tách xúc tác và làm
- Nhiều sản phẩm phụ hơn
- Điều kiện phản ứng cao hơn
Nhược khan ở bộ phận tinh chế
điểm - Tốn năng lượng thu hồi EDC
- Chi phí đầu tư và vận hành thấp
hơn
- Chiếm nhiều diện tích
Công nghệ xúc tác tầng sôi Công nghệ xúc tác cố định
- Điều kiện phản ứng mềm - Cấu tạo thiết bị đơn giản, dễ điều
- Nhiệt độ đồng đều hơn, tránh được
khiển
Ưu điểm
nhiệt cục bộ - Chi phí đầu tư ban đầu thấp
22

- Dễ tách nhiệt phản ứng
- Ít sản phẩm phụ hơn
- Độ chuyển hóa nguyên liệu và độ
chọn lọc cao
- Thiết bị phản ứng phức tạp - Điều kiện phản ứng khắc nghiệt
- Xúc tác ở chế độ tầng sôi vì vậy - Dễ bị quá nhiệt cục bộ
đòi hỏi độ đồng đều và độ bền cơ
- Sử dụng nhiều thiết bị phản ứng,
Nhược học cao
tốn vốn đầu tư
điểm
- Chi phí đầu tư ban đầu cao
- Khó tách nhiệt phản ứng
- Nhiều sản phẩm phụ, độ chọn lọc
và độ chuyển hóa thấp
.
Trong phạm vi đồ án môn học, đồng thời xem xét những ưu điểm, nhược điểm nói trên,
chúng em lựa chọn phương pháp clo hóa trực tiếp ở nhiệt độ thấp LTC (500
C-60o
C)
với quá trình vận hành an toàn, thiết bị khá đơn giản. Quá trình đạt hiệu quả cao, thu
được sản phẩm tinh khiết và độ chuyển hóa tác nhân phản ứng có thể đạt tới 100% theo
clo và độ chọn lọc của sản phẩm EDC lên đến 99%. Đặc biệt xúc tác sử dụng cho phản
ứng là muối sắt III có giá thành không cao nên có tính kinh tế cao.
23

1.4. Thuyết minh quy trình công nghệ
1.4.1. Sơ đồ công nghệ
1. Thiết bi ̣phan ưng chinh 7. Thiết bi ̣rưa lắng
̉ ́ ́ ̉
2. Tach khi/long 8. Thiết bi ̣trung hoa
́ ́ ̉ ̀
3. Thiết bi ̣phan ứng thư cấp 9. Tach EDC/ nươc
̉ ́ ́ ́
4. Chuẩn bi ̣xuc tac 10. Tach nươc/EDC
́ ́ ́ ́
5. Thap ổn đinḥ 11. Tháp chưng EDC
́
6. Buồng đốt
Hình 1.7. Sơ đồ công nghệ sản xuất EDC sản phẩm thu được dạng lỏng hơi
24

1.4.2. Mô tả sơ đồ công nghệ
Dòng nguyên liêụ etylen vàclo đươc ̣đưa vào thiết bi ̣phản ứng chính (1) cóchứa xúc tác
FeCl3, trong môi trường EDC. Nguyên liệu etylen chỉ gồm 98 % ethylene và 2% etan.
Độ chuyển hóa của etylen là 95% và độ chọn lọc của sản phẩm EDC là 99,5%. Đây là
phản ứng tỏa nhiệt nên phần nhiệt lượng sinh ra đươc ̣trao đổi với bô ̣phâṇ làm mát trong
tháp để đảm bảo duy trì nhiệt độ trong tháp ổn định ở 600
C và đồng thời cho phép thu
được sản phẩm ở dang̣khi/ló̉ng. Dòng sản phẩm thu được sau phản ứng đi qua thiết
bi ̣tách khílỏng (2) làm viêc ̣trong môi trường khítrơ N2 đểtránh cháy nổ. Khítách ra ở
đỉnh đươc ̣trộn thêm một dòng clo bổ sung vàđưa vào thiết bi ̣phản ứng thứ cấp (3) là
thiết bị tương tự như thiết bị phản ứng chính. Sản phẩm EDC của thiết bi ̣ phản ứng thứ
cấp sẽ đươc ̣dùng đểlàm môi trường phản ứng clo hóa vàchuẩn bị dung dicḥ xúc tác
FeCl3 (4). Sản phẩm lỏng ra khỏi tháp tách khílỏng (2) đươc ̣ổn nhiêṭvà ổn đinḥ nhờtháp
chưng cất (5). Phần khítách ra đươc ̣đốt bỏ, sản phẩm lỏng đươc ̣đưa sang bô ̣phâṇ tinh
chếđểthu đươc ̣EDC tinh khiết.
Trong bô ̣phâṇ tinh chế, ở thiết bị rửa lắng (7), nước đươc ̣thêm vào đểtăng cường quá
trinh̀ hòa tan và tách xúc tác FeCl3, pha lỏng thu đươc ̣phiá trên tháp lắng cóchứa môṭ
lương̣nhỏEDC hòa tan đươc ̣đưa sang tháp tách EDC ra khỏi nước (9) vàtuần hoàn laị
tháp lắng (7). Lớp lỏng phiá dưới tháp lắng (7) giàu EDC đươc ̣đưa sang bô ̣phâṇ trung
hòa bằng ammoniac (8), sau đóđươc ̣tách nước bằng chưng cất đẳng phí(10). Phiá trên
tháp chưng cất đẳng phí(10), EDC sau khi qua thiết bị ngưng tụ sẽ đươc ̣hồi lưu laị tháp.
Phần nước còn lẫn môṭlương̣ rất nhỏEDC đươc ̣tuần hoàn laịtháp tách nước (9). EDC
khan thu đươc ̣ởđáy tháp chưng cất đẳng phíđươc ̣đưa sang tháp chưng cất (11) để tách
sản phẩm năng,̣ để tách EDC khỏi sản phẩm phu ̣ như monocloetan, vinylcloetan…
25

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT
Các số liệu ban đầu:
 Thiết kế phân xưởng sản xuất EDC từ nguyên liệu etylen và clo với sản lượng
250000 tấn/ năm

 Thời gian làm việc: 8000 giờ

 Etylen kỹ thuật: 98% etylen và 2% etan (theo thể tích)

 Clo: 100% Cl2

 Độ chuyển hóa của etylen: 95%

 Độ chọn lọc của sane phẩm EDC: 99,5%
2.1. Các phản ứng xảy trong thiết bị clo hóa
Dòng khí nguyên liệu etylen và clo được trộn lẫn trước khi đưa vào thiết bị phản ứng
chính chứa xúc tác FeCl3. Tại đây phản ứng xảy ra, sản phẩm chính là EDC và một số
sản phẩm phụ khác như monocloetan (MCE) và vinyl clorua (VCM). Theo đầu bài, độ
chuyển hóa của etylene là 95%, độ chọn lọc của EDC là 99.5% và sản phẩm phụ sau
phản ứng là monocloetan và vinylclorua. Như vậy trong thiết bị phản ứng xảy ra các
phản ứng sau:
CH2 = CH2 + Cl2 ↔ Cl – CH2 – CH2 – Cl (EDC) (1)
CH2 = CH2 + Cl2 ↔ CH2 = CHCl + HCl (Vinylclorua) (2)
CH3 –CH3 + Cl2 ↔ CH3 – CH2 – Cl + HCl (Monocloetan) (3)
2.2. Xác định năng suất làm việc
Dây chuyền sản xuất EDC từ nguyên liệu etylen và clo với sản lượng 250000 tấn/năm
và thời gian làm việc 8000 giờ
26

Công suất làm việc theo giờ:
P =
2500
8000
= 31,25 (tấn/ h) = 31250 (kg/h)
Độ chọn lọc EDC là 99,5% thì sản phẩm phụ là 0,5% VCM
Độ chuyển hóa của etylen của mỗi thiết bị là là 95%, mà ta có 2 thiết bị phản ứng: thiết
bị phản ứng chính và thiết bị phản ứng thứ cấp. Vậy độ chuyển hóa của etylen của hai
thiết bị:
0,95 + (1 – 0,95) .0,95 = 0,9975
Giả sử trong toàn bộ quá trình sản xuất EDC ta chỉ thu được 97,5% EDC trong 100%
EDC tạo thành. Như vậy lượng EDC mất mát qua các thiết bị là 2,5%, trong đó:
Lượng EDC vào tháp chưng EDC (11) thì có 99,5% thu được EDC ở đỉnh, còn lại
0,5% lượng EDC nằm trong dòng sản phẩm đáy.
GEDC vào (11) =
31250
0,995 = 31407,035 (kg/h)
Lượng EDC vào thiết bị rửa lắng (7) (thiết bị trích ly) với hiệu suất thiết bị trích ly là
99%
GEDC vào (7) =
31407, 035
0,99
= 31724,277 (kg/h)
Lượng EDC vào tháp ổn định (5) ,hiệu suất tách của thiết bị đạt 99,5%
GEDC vào (5) =
31724, 277
0,99
= 31883,696 (kg/h)
Lượng EDC khi vào thiết bị tách khí lỏng, hiệu suất phân tách lỏng khí của thiết bị chỉ
đạt 99,5%.
27

GEDC vào (2) =
31883, 696
0,995
= 32043,916 (kg/h)
Vậy lượng EDC ra ở thiết bị phản ứng chính là
GEDC (1) = 32043,916 kg/h = 323,676 (kmol/h)
Theo đề bài: độ chọn lọc của EDC là 99,5%. Vậy:
Lượng hỗn hợp gồm EDC và VCM là:
Ghỗn hợp =
323, 676
0,995
= 325,302 (kmol/h)
Lượng VCM tạo ra cả quá trình (tổng hai thiết bị phản ứng)
GVCM = 325,302 . 0,5% . 62,5 = 101,657 (kg/h)
2.3. Tính toán cân bằng vật chất
2.3.1. Tính toán cân bằng vật chất ở thiết bị phản ứng chính (1)
2.3.1.1. Tính lượng etylen vào thiết bị phản ứng
Sản phẩm: EDC, HCl, VCM, MCE
Ethlen kỹ thuật
EDC tuần hoàn
Clo
Hình 2.1.Dòng vật chất ở thiết bị phản ứng chính (1)
28

Theo phản ứng (1) và (2) số mol etylen phản ứng bằng số mol EDC tạo thành cộng số
mol của vinyl clorua. Độ chọn lọc của EDC là 0,995 và độ chuyển hóa etylen của tổng
hai thiết bị phản ứng là 0,9975.
Lượng tổng etylen vào phản ứng
Getylen =
G EDC
0,995.0,9975
=
323,676
0,995.0,9975
= 326,118 (kmol/h) = 9131,296 (kg/h)
Trong etylen kỹ thuật thì etylen chiếm 98% và 2% etan
Lượng etan trong etylen kỹ thuật
Getan =
326,118
.0, 02.30
0,98
= 199,664 (kg/h)
2.3.1.2. Lượng clo cho vào
Theo hai phản ứng (1), (2) thì lượng G clo bằng GEDC cộng GVCM
Gclo = GEDC + GVCM = 308.263 + 1,549 = 309,812 (kmol/h)
Lượng VCM tạo thành bằng: 326,118 . 0,005 . 0,95 = 1,549 (kmol/h) = 96,816 (kg/h)
Lượng EDC tạo thành bằng: 326,118 . 0,995 . 0,95 = 308,263 (kmol/h)
Giả sử độ chuyển hóa của etan là 100%, khi đó:
Theo phản ứng (3) ta có
Getan =
326,118
.0, 02
0,98
= 6,655 (kmol/h)
GEDC = GHCl = GMCE = Gclo = 6,655 (kmol/h)
Lượng MCE tạo thành
GMCE = 6,655 . 64,5 = 429,277 (kg/h)
29

Lượng clo phản ứng
Gclo = (309,812 + 6,655) . 71 = 316,467 (kg/h)
Lượng HCl tạo thành theo phản ứng (2) và (3)
GHCl = GVCM + GMCE = 1,549 + 6,655 = 8,204 (kmol/h)
Lượng HCl sinh ra ở thiết bị phản ứng chính bằng: 8,204 . 36,5 = 299,465 (kg/h)
2.3.1.3. Dòng tuần hoàn trở lại thiết bị phản ứng chính (1) là dòng ra của thiết bị phản
ứng thứ cấp chứa xúc tác
Dòng vào thiết bị phản ứng thứ cấp gồm C2H4 dư, MCE, VCM, HCl
Dòng ra thiết bị phản ứng thứ cấp: EDC, HCl
Lượng VCM, MCE vào thiết bị lần lượt là 96,816 (kg/h), 429,277 (kg/h)
Lượng etylen vào bằng lượng etylen ban đầu trừ lượng etylen phản ứng thiết bị
chính Getylen= 352,703 - 326,118 = 16,305 kmol/h = 456,565 (kg/h)
Lượng etylen phản ứng bằng: 456,565 . 0,95 = 433,737 kg/h = 15,491 (kmol/h)
Theo phản ứng (2) ta có:
Lượng VCM sinh ra trong thiết bị thứ cấp bằng: 15,491.0,005 = 0,077(kmol/h) = 4,841
(kg/h)
Lượng clo cần cho phản ứng xảy ra trong cả quá trình
Gclo = GEDC sinh ra + GVCM sinh ra = 15,413 + 0,077 = 15,490 (kmol/h) = 1099,832 (kg/h)
Lượng EDC đi ra theo dòng khí vào thiết bị tách lỏng – hơi 0,5% tổng lượng EDC tạo
thành ở hai thiết bị phản ứng
GEDC hao hụt = 32043,916 . 0,5% = 160,219 (kg/h)
30

Lượng EDC ở đáy bằng: 32043,916 - 160,219 = 31883,696 (kg/h)
Lượng HCl sinh ra:
GVCM = GHCl = 0,077 (kmol/h) = 2,827 (kg/h)
Bảng 2.3.1. Bảng cân bằng vật chất thiết bị phản ứng chính (1)
Thiết bị phản ứng chính
Nguyên liệu vào (kg/h) Dòng ra (kg/h)
Etylen kỹ thuật 9330,960 Etylen dư 456,565
Clo 22469,179 VCM 96,816
Dòng tạo ra ở thiết bị thứ EDC
câp
* EDC sinh ra EDC sinh ra ở thiết bị
1365,681 chính 30518,015
* HCl sinh ra ở thiết bị EDC sinh ra ở thiết bị
thứ cấp 1,414 phản ứng thứ cấp 1365,681
MCE 429,277
HCl 300,879
Tổng 33167,233 33167,233
31

2.3.2. Cân bằng vật chất thiết bị phản ứng thứ cấp (3)
Etylen dư, EDC, VCM,
MCE, HCl
Etylen, EDC,
VCM, MCE
3
Clo
EDC, HCl
Hình 2.2. Dòng vật chất thiết bị phản ứng thứ cấp (3)
Dòng vào thiết bị gồm C2H4, MCE, VCM
Dòng ra khỏi thiết bị phản ứng thứ cấp (3) gồm:
- Dòng đỉnh: etylen dư, EDC, VCM, MCE, HCl
- Dòng đáy: EDC, HCl
Lượng VCM, MCE vào thiết bị phản ứng thứ cấp bằng lượng VCM, MCE ra khỏi thiết
bị phản ứng chính với lượng lần lượt là 96,816 (kg/h), 429,277 (kg/h)
Theo tính toán ở trên, lượng etylen vào bằng lượng etylen ban đầu trừ lượng etan phản
ứng thiết bị chính (được tính ở thiết bị phản ứng chính)
Getylen = 352,703 - 326,118 = 16,305 kmol/h = 456,565 (kg/h)
Lượng etylen phản ứng: Getylen = 16,305.0,95 = 15,491 (kmol/h)
Lượng VCM sinh ra trong thiết bị thứ cấp bằng: 4,841 (kg/h)
32

Lượng VCM có trong thiết bị thứ cấp bằng tổng lượng VCM tạo thành trong hai thiết
bị (1) và (3)
GVCM =101,657 (kg/h)
Lượng MCE ra ở phần đỉnh chính là lượng MCE tạo thành ở thiết bị phản ứng chính
Theo phản ứng (1) ta có, lượng EDC tạo thành
GEDC tạo thành = 1525,901 (kg/h)
Như đã tính toán trên mục 2.3.1.3 thì lượng clo cần cho phản ứng xảy ra trong thiết bị
phản ứng thứ cấp
Gclo = 1099,832 (kg/h)
Giả sử, lượng EDC đi ra ở đáy và EDC ra ở đỉnh theo dòng khí vào thiết bị tách lỏng –
hơi 0,5% tổng lượng EDC tạo thành ở hai thiết bị phản ứng
GEDC đỉnh (3) = 160,219 (kg/h)
Lượng EDC ở đáy bằng: 32043,916 - 160,219 = 31883,696 (kg/h)
Lượng HCl sinh ra
Gvcm = GHCl = 0,077 (kmol/h) = 2,827 (kg/h)
Lượng HCl sinh ra đỉnh một nửa và đi ra đáy một nửa ở thiết bị thứ cấp (3):
mHCl đi ra từ đáy = 1,414 (kg/h)
33

Bảng 2.3.2. Bảng cân bằng vật chất thiết bị phản ứng thứ cấp (3)(kg/h)
Thiết bị phản ứng thứ cấp
Dòng vào là ra của phần đỉnh
Ra ở đáy Ra ở đỉnh
tháp tách khí lỏng
Etylen 456,565 EDC 1365,681 Etylen 22,828
VCM 96,816 HCl 1,413 VCM 101,657
MCE 429,277 MCE 429,277
Clo 1099,832 Etan 0
HCl 1,413
EDC thất
thoát
160,22
Tổng 2082,49 2082,49
2.3.3 Cân bằng vật chất tháp tách lỏng khí (2)
Etylen dư, VCM,
MCE, HCl
EDC từ thiết
bị thứ cấp
Etylen dư, VCM, MCE,
2
EDC, HCl
Hình 2.3. Dòng vật chất tháp tách lỏng khí (2)
34

Lượng vật chất ra từ thiết bị phản ứng chính cùng với lượng tuần hoàn là lượng vật
chất đi vào thiết bị tách lỏng – khí.
Dòng vào thiết bị (2): etylen dư của thiết bị phản ứng chính (1), VCM, MCE, HCl và
EDC từ thiết bị thứ cấp
Dòng ra:
- Dòng ra ở đỉnh: etlen dư, VCM, MCE
- Dòng ra ở đáy: EDC, HCl
Các khí không phản ứng cũng như không ngưng C2H4, MCE, VCM sẽ bị tách và vẫn
giữ thành phần khi ra khỏi thiết bị. Ta giả sử toàn bộ HCl từ thiết bị tách lỏng – khí (2)
sẽ được cuốn hoàn toàn theo dòng khí đi ra khỏi đỉnh tháp (2).
Lượng HCl tạo thành là tổng lượng HCl sinh ra thiết bị chính cũng với lượng HCl đáy
của thiết bị thứ cấp. Lượng HCl tách ra ở thể lỏng đi ra hoàn toàn ở đáy
GHCl = 1,414 + 299,465 = 300,879 (kg/h)
Lượng EDC vào thiết bị là tổng lượng EDC sinh ra từ thiết bị phản ứng chính và thiết
bị phản ứng thứ cấp và lượng EDC ra hoàn toàn ở dòng đáy thiết bị:
GEDC = 31883,696 (kg/h)
Bảng 2.3.3. Bảng cân bằng vật chất thiết bị tách khí – lỏng (2) (kg/h)
Thiết bị tách khí lỏng
Dòng vào là dòng ra của
thiết bị phản ứng chình và Ra ở đáy vào tháp ổn định Ra ở đinh
thứ cấp
Etylen 456,565 EDC 31883,696 Etylen 456,565
VCM 96,816 VCM 96,816
EDC 31883,696
EDC sinh ra
1365,681 MCE 429,277
ở thứ cấp
35

MCE 429,277 HCl 300,879
EDC sinh ra
ở thiết bị thứ 1365,681
cấp
HCl 300,879
Tổng 33167,233 33167,233
2.3.4 Cân bằng vật chất thiết bị ổn định (5)
EDC bị cuốn, HCl
EDC, HCl 5
EDC, HCl hòa tan
Hình 2.3. Dòng vật chất ở thiết bị ổn định
Dòng vào thiết bị ổn định (5) là lượng lỏng ra khỏi thiết bị tách lỏng – khí gồm EDC,
HCl
Dòng ra:
- Dòng ra ở đỉnh thiết bị: EDC bị cuốn theo dòng khí, HCl
- Dòng ra ở đáy thiết bị: EDC chiếm chủ yếu và HCl hòa tan
Lượng EDC đi ra ở đỉnh của thiết bị ổn định là 0,5% lượng EDC vào thiết bị
GEDC đỉnh (5) = GEDC . 0.5% = 31883,696. 0,5% = 159,418 (kg/h)
Lượng EDC lỏng ra khỏi thiết bị ổn định ở phần đáy
36

GEDC lỏng = 31883,696 . 0,995 = 31724,227 (kg/h)
Giả sử Lượng HCl hòa tan bằng một nửa lượng HCl ban đầu
GHCl =
300,879
2
= 150,493 (kg/h)
Bảng 2.3.4. Bảng cân bằng vật chất thiết bị ổn định (5)(kg/h)
Thiết bị ổn định
Dòng vào Dòng ra ở đáy Dòng ra ở đỉnh
EDC 31883,696 EDC 31724,277 EDC 159,418
HCl 300,879 HCl 150,439 HCl 150,439
Tổng 32184,575 32184,575
2.3.5. Cân bằng vật chất thiết bị rửa lắng (7), thiết bị tách EDC/H2O (9) và tách
H2O/ EDC (10)
EDC, HCl, H2O
EDC, HCl
7
H2O
Reb
EDC, H2O
EDC, H2O
9
EDC
8
10 11
NH3 1% EDC,
H
2
O thải
Sản phẩm nặng
Hình 2.4. Dòng vật chất thiết bị rửa lắng (7), thiết bị tách EDC/H2O (9) và tách H2O/
EDC (10)
2.3.5.1 Thiết bị chưng cất đẳng phí (10)
Ta xét thiết bị chưng đẳng phí (10) với:
Dòng vào: dòng ra từ thiết bị trung hòa (8)
37

Dòng ra:
- Dòng ra ở đỉnh (10): EDC chứa nước
- Dong ra ở đáy (10): EDC và sản phẩm nặng
Lượng EDC vào tháp (10) bằng lượng EDC thu được ở tháp chưng (11) cộng với
lượng EDC ở đáy tháp (11). Mà hiệu suất tháp chưng là 99,5%
Lượng EDC vào tháp (10)
GEDC =
31250
0,995
= 31407,035 (kg/h)
Lượng EDC ở đáy
GEDC đáy = 31407,035 . 0,5% = 157,035 (kg/h)
2.3.5.2. Thiết bị tách H2O / EDC (7)
Tháp trích ly (tách H2O/EDC) (7) với phần đáy chứa phần lớn EDC và phần nhỏ nước
theo tỉ lệ 0,16gH2O/100gEDC. Phần đỉnh chưa phần lớn nước và phần nhỏ nước theo
tỉ lệ 0,86g EDC/100H2O.
Gọi c là lượng EDC ra ở đỉnh, d là lượng nước ra ở đỉnh, a là EDC vào ở đáy tháp
chưng đẳng phí (10).
Theo hình, ta tính tháp chưng đẳng phí, ta có hệ:
d 0,16
c 31407.035 100
Mặc khác, trong hỗn hợp đẳng phí ra ở đỉnh tháp 10 ở 70,340
C gồm 8,2% H2O và
91,8% EDC, nên ta có hệ thứ hai:
38

Từ hai hệ trên ta giải hệ được c = 51,162 (kg/h) và d = 569,018 (kg/h)
Suy ra: a = 31407,035 + 51,162 = 31458,179 (kg/h)
Vậy lượng EDC vào đáy tháp chưng đẳng phí (10)
GEDC vào đẳng phí = 31458,179 (kg/h)
Ta tính cân bằng EDC theo tháp tách EDC / H2O (9)
Đặt: y là lượng EDC hồi lưu từ tháp rửa về tháp trích ly, z là lượng EDC từ tháp trích
ly H2O / EDC vào tháp tách EDC / H2O. Giả sử hao hụt EDC ở tháp tách EDC / H2O
(9) là 1% lượng tổng EDC, suy ra:
y + thất thoát 1% EDC = EDC vào từ tháp chưng + z
Lượng EDC hao hụt
mEDC = 31724,277.0,01 = 317,243 (kg/h)
Ta có hệ cân bằng EDC theo tháp rửa:
31724,277 . 0,01 + y = z + 520,829
Hơn nữa phần đỉnh chứa phần lớn nước và phần EDC nước theo tỉ lệ 0,86g EDC /
100g H2O và lượng nước sử dụng bằng nữa lượng EDC vào tháp nên ta có hệ:
Giải ra ta được: y = 389,866 (kg/h) và z = 138,091 (kg/h)
Lượng EDC vào thiết bị (7) bằng lượng EDC vào cộng với lượng hồi lưu
39

GEDC vào (7) = 31724,277 + 389,866 = 32114,144 (kg/h)
Lượng nước cần sử dụng là tổng lượng nước đi vào phần đỉnh tháp tách H2O /EDC và
lượng H2O đi ra đáy tháp
GH2O = c +
31724.277
2
y
= 51,162 +
21724.277389.866
2
= 16053,134 (kg/h)
Lượng nước hồi lưu từ tháp tách EDC / H2O về tháp tách H2O / EDC
GH2O =
y
0,99
. 0,01 =
389,866
0.99
. 0,01 = 3,938 (kg/h)
Lượng H2O lần vào EDC ở đáy bằng c = 51,162 (kg/h)
Lượng HCl đi vào tháp tách H2O / EDC (7) sẽ có 95 % đi qua tháp tách EDC / H2O
(9), phần còn lại vẫn đi theo dòng qua tháp chưng đẳng phí
2.3.5.3. Thiết bị trung hòa bằng NH3 (8)
Dòng vào thiết bị trung hòa (8): EDC, HCl và lượng nhỏ nước
Dòng ra: EDC, nước và NH4Cl
Lượng sản phẩm ra ở đáy tháp (7) sẽ được trung hòa với NH3 vừa đủ.
Lượng HCl đi qua tháp rửa bằng: 150,439 . 0,95 = 142,917 (kg/h)
Lượng HCl còn đi theo EDC bằng: 150,439 - 142,917 = 7,522 (kg/h) = 0,206 (kmol/h)
Lượng NH3 cần bằng: 0,206 . 17 = 3,503 (kg/h).
Để HCl không tồn tại trong dòng sản phẩm nên dùng NH3 dư (1%)
GNH3 dư = 3,503 + 3,503 . 1% = 3,538 (kg/h)
Lượng NH4Cl sinh ra bằng: 11,025 (kg/h)
40

2.3.5.4. Thiết bị tách EDC / H2O (9)
Ta xét thiết bị tách EDC/H2O:
Dòng vào: EDC, H2O và HCl từ đỉnh thiết bị (7)
Dòng ra:
- Dòng ra ở đỉnh thiết bị (9): EDC và nước tuần hoàn lại thiết bị (7)
- Dòng ra ở đáy thiết bị (9): EDC bị cuốn theo nước thải
Lượng EDC vào tháp
GEDC vào (8) = d + z = 569,018 + 138,091 = 707,109 (kg/h)
Lượng H2O đi theo lượng EDC từ tháp trích ly H2O / EDC vào tháp tách EDC bằng
lượng H2O cấp vào cộng lượng nước hồi lưu trừ lượng nước ra ở đáy tháp tách H2O /
EDC
GH2O = 16053,134 + 3,938 - 51,162 = 16005,91 (kg/h)
Lượng H2O vào bằng lượng H2O đi theo lượng EDC từ tháp trích ly H2O / EDC vào
tháp tách EDC / H2O cộng lượng H2O ra đỉnh tháp chưng đẳng phí (10)
GH2O = 16005,91+ 51,162 = 16057,072 (kg/h)
Bảng 2.3.5.1. Bảng cân bằng vật chất của thiết bị tách H2O / EDC (7) (kg/h)
Tháp trích ly
Vào từ tháp ổn định Ra ở đỉnh
Ra ở đáy đi vào tháp chưng
đẳng phí
EDC 32114,144 EDC 138,091 EDC 31976,053
HCl 150,439 H2O 16005,91 H2O 51,162
H2O 16053,134 HCl 142,917 HCl 7,522
41

Tổng 48321,655 48321,655
Bảng 2.3.5.2. Bảng cân bằng vật chất của thiết bị trung hòa (kg/h)
Thiết bị trung hòa
Vào từ tháp trích ly Ra vào tháp chưng đẳng phí
EDC 31458,179 NH4Cl 11,025
H2O 51,162 EDC 31458,179
HCl 7,522 H2O 51,162
NH3 đủ 3,503
Tổng 31520,384 31520,384
Bảng 2.3.5.3. Bảng cân bằng vật chất của thiết bị tách EDC / H2O (kg/h)
Tháp tách EDC / H2O
Vào từ tháp Ra hồi lưu về tháp trích
Ra ở đáy
ổn định ly
EDC 707,108 EDC 389,866 EDC 317,243
H2O 16057,072 H2O 3,938 H2O 16053,13
HCl 142,917 HCl 142,917
Tổng 16907,098 16907,098
42

Bảng 2.3.5.4. Bảng cân bằng vật chất của thiết bị chưng cất đẳng phí (10) (kg/h)
Tháp chưng cất đẳng phí
Dòng Vào là phần ra thiết
Ra ở đỉnh Ra ở đáy
bị trung hòa
NH4Cl 11,025 H2O 51,162 EDC 31407,04
EDC 31458,197 EDC 569,018 NH4Cl 11,025
H2O 51,162
Tổng 31520,384 31520,384
2.3.6. Cân bằng vật chất tháp chưng EDC (11)
Dòng vào thiết bị chưng (11): EDC, NH4Cl
Dòng ra thiết bị chưng (11):
- Dòng ra ở đỉnh: EDC
- Dòng ra ở đáy: NH4Cl và EDC ở đáy
Lượng EDC ra khỏi tháp chưng là 31250 (kg/h)
Hiệu suất tháp chưng cất là 99,5%
Lượng EDC từ tháp chưng cất đẳng phí vào tháp chưng khí quyển
mEDC = 31250
0,995 = 31407,035 (kg/h)
Lượng EDC ở đáy tháp chưng
mEDC đáy = 31407,035 .0,5% = 157,035 (kg/h)
Lượng vật chất ở đáy gồm 157,035 (kg/h) EDC và 11,025 (kg/h) NH4Cl
43

Bảng 2.3.6.Bảng cân bằng vật chất của thiết bị chưng cất (11) (kg/h)
Thiết bị chưng cất
Vào là phần đáy tháp Ra ở đỉnh thu EDC Ra cặn ở đáy
chưng đẳng phí
EDC 31407,04 EDC 31250 EDC 157,0352
NH4Cl 11,025 NH4Cl 11,025
Tổng 31418,065 31418,065
44

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG
3.1. Thông số cơ bản
Phương trình phản ứng:
CH2 = CH2 + Cl2 ↔ Cl – CH2 – CH2 – Cl (EDC) (1)
CH2 = CH2 + Cl2 ↔ CH2 = CHCl + HCl (Vinylclorua) (VC) (2)
CH3 –CH3 + Cl2 ↔ CH3 – CH2 – Cl +HCl (Monocloetan) (MCE) (3)
Bảng 3. 1.Hàm nhiệt dung riêng, giá trị enthanpy, giá trị entropy của các cấu tử [9]
(*) (kJ/mol.K)
Cấu tử
(kJ/kmol)
A B C D
Etylen 3,09E+00 1,57E-01 -8,35E-05 1,76E-08 5,23E+01
Etan 5,41E+00 1,78E-01 -6,94E-05 8,71E-09 -84,68
Cl2 2,72E+01 3,04E-02 -3,34E-05 1,60E-08 0
EDC (l) 2,63E+01 7,76E-01 -2,23E-03 2,61E-06 -129,7
VCM 5,949 2,02E-01 -1,54E-04 4,77E-08 35,17
MCE -5,53E-01 2,61E-01 -1,84E-04 5,55E-08 -111,71
HCl 2,92E+01 -1,26E-03 1,12E-06 4,97E-09 -9,24E+01
3.2. Hiệu ứng nhiệt của các phản ứng xảy ra
Hiệu ứng nhiệt của phản ứng (1):
45

Nhiệt dung riêng trung bình theo nhiệt độ của phản ứng:
(kJ /mol.K)
(kJ/mol.K)
46

3.3. Tính cân bằng nhiệt lượng cho quá trình
3.3.1. Cân bằng nhiệt lượng ở thiết bị phản ứng sơ cấp (1):
Sản phẩm: EDC, HCl, VCM, MCE
353K
Etylen kỹ thuật
EDC tuần hoàn
298K 353K
Clo 353K
Hình 3. 1 Dòng vật chất ở thiết bị phản ứng chính (1)
Trong đó: - là nhiệt lượng dòng nguyên liệu Clo, Ethylene và dòng EDC tuần
hoàn đem vào (1).
- là nhiệt lượng sinh ra từ phản ứng.
- là nhiệt lượng dòng sản phẩm mang ra khỏi (1).
- là nhiệt lượng trao đổi với thiết bị làm mát đặt ngoài (1).
- là nhiệt lượng thất thoát ra môi trường, giả sử bằng 5% tổng lượng nhiệt nhận
vào (1).
47

3.3.1.1. Nhiệt lượng các dòng vật chất mang vào thiết bị phản ứng sơ cấp (1)
* Nhiệt lượng của dòng khí etylene kỹ thuật và clo mang vào thiết bị phản ứng sơ cấp
(1)
Trong đó:
- là nhiệt độ của dòng tuần hoàn mang vào thiết bị phản ứng sơ cấp
- là lưu lượng dòng tuần hoàn mang vào thiết bị phản
,
ứng sơ
.
cấp
, .
- là nhiệt dung riêng của hỗn hợp khí vào
Bảng 3.3.1.1. Thành phần và lưu lượng của dòng khí vào
Cấu tử Lưu lượng Thành phần (kmol/h)
Ethylene 326,12 0,5
Ethane 6,66 0,01
Cl2 316,47 0,49
Tổng 649,24 1,00
Nhiệt dung riêng của các cấu tử theo nhiệt độ được tính theo công thức (*) ở bảng 3.1
Tại nhiệt độ đầu vào , ta có:
48

Và
* Nhiệt lượng dòng tuần hoàn mang vào thiết bị phản ứng sơ cấp
Trong đó:
- là nhiệt độ của dòng tuần hoàn mang vào thiết bị phản ứng sơ cấp , .
- là lưu lượng dòng tuần hoàn mang vào thiết bị phản ứng sơ cấp
là nhiệt dung riêng của dòng tuần hoàn
Bảng 3.3.1.2. Bảng thành phần và lưu lượng cấu tử trong dòng tuần hoàn
Cấu tử Lưu lượng Thành phần
(kmol/h)
EDC 13,79 1,00
HCl 0,039 0,00
Tổng 13,79 1.00
Vì lượng lượng HCl trong dòng tuần hoàn là rất nhỏ so với lượng EDC trong dòng tuần
hoàn nên trong quá trình tính toán nhiệt lượng ta bỏ qua phần nhiệt lượng này của dòng
HCl tuần hoàn.
49

Tại nhiệt độ , ta có
* Nhiệt lượng sinh ra từ phản ứng (1), (2),
(3) Tổng nhiệt lượng sinh ra từ các phản ứng:
3.3.1.2. Nhiệt lượng dòng vật chất mang ra khỏi thiết bị phản ứng
Trong đó:
- là nhiệt độ của dòng vật chất mang ra khỏi thiết bị , ,
- là lưu lượng dòng vất chất ra khỏi thiết bị, kmol/h
- là nhiệt dung riêng của dòng vật chất đi ra khỏi thiết bị phản ứng (1)
Bảng 3.3.1.3. Thành phần và lưu lượng dòng vật chất vào thiết bị phản ứng
Ethylene dư 16,31 0,046
EDC 322,06 0,908
VC 1,55 0,004
50

MCE 6,66 0,019
HCl 8,20 0,023
Tổng 354,77 1,000
Nhiệt dung riêng của các tử cấu theo nhiệt độ được tính theo công thức (*) ở bảng 3.1
Tại nhiệt độ đầu ra , ta có:
Ta có:
3.3.1.3. Nhiệt lượng cần làm mát
Cân bằng nhiệt lượng:
Bảng 3.3.1.5. Bảng cân bằng nhiệt lượng thiết bị phản ứng sơ cấp (1)
Thành phần Nhiệt lượng (kJ/h)
Nhiệt lượng các dòng vật chất mang vào:
+ Nhiệt lượng của dòng khí etylene kỹ thuật và Clo
51

+ Nhiệt lượng dòng tuần hoàn mang vào thiết bị phản
ứng sơ cấp
Tổng nhiệt lượng mang vào
Nhiệt lượng sinh ra từ phản ứng (1), (2), (3)
Tổng nhiệt lượng tỏa ra 64,518.106
Nhiệt lượng dòng vật chất mang ra khỏi thiết bị phản
ứng
Nhiệt lượng tổn thất
Nhiệt lượng cần làm mát
Tổng nhiệt lượng thu vào 64,52.106
3.3.2. Cân bằng nhiệt lượng ở phản ứng thứ cấp (3)
Etylen dư, EDC, VCM,
MCE, HCl
353K
Etylen, EDC,
VCM, MCE
353K
Clo
3
353K
EDC, HCl
353K
Hình 3. 2 Các dòng vật chất ở thiết bị phản ứng thứ cấp (3)
Trong đó:
- là nhiệt lượng dòng hỗn hợp khí đem vào (1).
52

- là nhiệt lượng sinh ra từ phản ứng.
- là nhiệt lượng dòng sản phẩm mang ra khỏi (3).
- là nhiệt lượng trao đổi với thiết bị làm mát đặt ngoài (3).
- là nhiệt lượng thất thoát ra môi trường, giả sử bằng 5% tổng lượng nhiệt
Cân bằng nhiệt lượng ở thiết bị phản ứng thứ cấp (3) được tính tương tự như đối
với thiết bị phản ứng chính (1).
Trong quá trình tính toán có bỏ qua nhiệt lượng mang vào thiết bị (3) của dòng khí
etylene, VCM, MCE và clo kỹ thuật và nhiệt lượng mang ra thiết bị (3) của dòng
etylene dư sau phản ứng, HCl sinh ra. Điều này có thể được lý giải vì lưu lượng của
các dòng vật chất kể trên là khá nhỏ, cộng với nhiệt độ của các dòng vật chất vào và ra
thiết bị (3) đều ở 353K nên sự trao đổi nhiệt hay biến thiên nhiệt lượng ở đây là không
đáng kể so với nhiệt lượng sinh ra từ phản ứng tạo EDC và nhiệt lượng mang ra của
dòng EDC tuần hoàn về thiết bị phản ứng chính (1).
Ngoài ra, nhiệt tổn thất ở thiết bị này bằng 5% nhiệt lượng tỏa ra từ phản ứng.
Ta có:
Nhiệt lượng tỏa ra từ các phản ứng (1), (2) là
Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường tại thiết bị phản ứng thứ cấp:
53

Nhiệt lượng của dòng EDC tuần hoàn mang ra khỏi thiết bị (3):
Nhiệt lượng cần lấy ra khỏi thiết bị phản ứng thứ cấp:
(kJ/h)
Bảng 3.3.2. Bảng cân bằng nhiệt lượng thiết bị phản ứng thứ cấp (3)
Nhiệt lượng sinh ra từ phản ứng (1), (2), (3)
Tổng nhiệt tỏa ra
Nhiệt lượng tổn thất
Nhiệt lượng của dòng EDC tuần hoàn 1,89.103
Tổng nhiệt thu vào
3.3.3. Nhiệt lượng làm mát cho dòng sản phẩm đáy đi ra từ (2)
Dòng sản phẩm đáy lấy ra từ thiết bị tách khí lỏng (2) sau đó được làm mát đến 250
C
trước khi đi vào thiết bị (5).
Trong đó:
- là nhiệt độ của dòng vật chất mang ra khỏi thiết bị (2) ,
- là lưu lượng dòng vất chất ra khỏi thiết bị (2) , kmol/h
54

- là nhiệt dung riêng của dòng vật chất ra khỏi thiết bị tách lỏng khí (2)
Bảng 3.3.3.1. Bảng thành phần và lưu lượng dòng đi ra khỏi thiết bị (2)
EDC 322,06 0,975
HCl 8,24 0,025
Tổng 330,3 1,000
Tại nhiệt độ đầu ra
Ta có:
Tại nhiệt độ đầu vào (5)
Ta có:
Nhiệt lượng cần làm mát cho dòng sản phẩm đáy đi ra từ thiết bị tách khí lỏng (2) :
55

Bảng 3.3.3.2. Bảng cân bằng nhiệt lượng cho dòng vật chất đi ra từ thiết bị (2)
Nhiệt lượng dòng vật chất đi ra từ thiết bị (2)
Tổng nhiệt lượng tỏa ra
Nhiệt lượng dòng vật chất đi vào thiết bị (5)
Tổng nhiệt lượng thu vào 15,70.106
3.3.4. Cân bằng nhiệt lượng thiết bị tách EDC/nước (9)
EDC, HCl, H2O
298K
EDC, H2O về (7)
298K
EDC, H2O từ (10)
9 298K
Reb 363K
1% EDC,
H2O thải
363K
Hình 3. 3. Các dòng vật chất thiết bị rửa lắng (7), thiết bị tách EDC/H2O (9) và
Dòng vào (9) là dòng nước có lẫn EDC ở nhiệt độ 250
C. Gồm có 2 dòng: một dòng từ
thiết bị rửa lắng có lẫn 1 ít HCl, một dòng từ thiết bị tách nước/EDC. Dòng tuần hoàn
về thiết bị rửa lắng (7) chỉ chứa EDC ở 250
C. Nên xem như lượng EDC này là không
có sự thay đổi nhiệt độ. Nhiệt độ làm việc của thiết bị (9) là 900
C.
56

Bảng 3.3.4.1. Bảng thành phần dòng đang xét ở thiết bị (9)
Cấu tử Lưu lượng
(kmol/h)
Nước
EDCtt
HCl
Ta có phương trình cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị (9)
Trong đó
Nhiệt lượng tổn thất ở thiết bị (9)
Nhiệt lượng cần cấp cho thiết bị reboiler ở thiết bị tách nước/EDC (9):
+1,92.103
(kJ/h)
(kJ/h)
Nhiệt lượng tổn thất ở thiết bị (9): =0,23.106
(kJ/h)
57

Bảng 3.3.4.2. Bảng cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị tách EDC/nước (9)
Thành phần Nhiệt lượng (kJ/mol)
Nhiệt lượng của nước thu vào (9)
Nhiệt lượng của lượng EDC thất thoát ở đáy (9) thu vào
Nhiệt lượng của HCl thu vào (9)
Tổng nhiệt thu vào
Nhiệt lượng cần cung cấp cho reboiler (9)
Tổng nhiệt tỏa ra
3.3.5. Cân bằng nhiệt lượng thiết bị chưng cất đẳng phí (10)
EDC, H2O ( hỗn hợp đẳng phí)
298K
EDC
EDC, H2O
10
344K
298K 11
EDC, NH4Cl
Sản phẩm nặng
344K
Hình 3. 4 Dòng vật chất thiết bị tách H2 O/ EDC (10) và tháp chưng EDC (11)
(kmol/h)
EDCđáy
NH4Cl
58

Phương trình cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị (10)
Vì nhiệt độ của dòng tuần hoàn ra khỏi thiết bị (10) bằng chính nhiệt độ dòng vật chất
vào thiết bị nên
Nhiệt lượng cần cung cấp cho thiết bị Reboiler (10) được xác định bởi:
Trong đó:
Và
Nhiệt lượng của Reboiler (10) là:
59

Bảng 3.3.5.2. Bảng cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị chưng cất đẳng phí (10)
Nhiệt lượng của lượng EDC ở đáy (10) thu vào 2,65.106
Nhiệt lượng của NH4Cl thu vào (10)
Tổng nhiệt lượng thu vào
Nhiệt lượng cần cung cấp cho reboiler (10)
Tổng nhiệt lượng tỏa ra
3.3.6. Cân bằng nhiệt lượng tháp tách EDC (11)
EDC sản phẩm
357K
11
357K
EDC, NH4Cl
NH4Cl, EDC
344K 357K
Hình 3. 5. Dòng vật chấ t thiết bị tháp chưng EDC (11)
Nhiệt độ làm việc của tháp chưng EDC là 840
C (hay 357K). Các dòng vật chất ra
khỏi tháp ở nhiệt độ là 840
C.
60

(kmol/h)
EDCvào
EDCđỉnh
EDCđáy
NH4Cl
Phương trình cân bằng nhiệt tháp tách EDC (11)
Trong đó
Và
Nhiệt lượng của Reboiler (11) là:
61

Luận Văn Tốt Nghiệp Sản Xuất 1, 2 – Dicloetan Từ Etylen.doc

Luận Văn Tốt Nghiệp Sản Xuất 1, 2 – Dicloetan Từ Etylen.doc

Recommended

Recommended

More Related Content

Similar to Luận Văn Tốt Nghiệp Sản Xuất 1, 2 – Dicloetan Từ Etylen.doc

Similar to Luận Văn Tốt Nghiệp Sản Xuất 1, 2 – Dicloetan Từ Etylen.doc (20)

More from DV Viết Luận văn luanvanmaster.com ZALO 0973287149

More from DV Viết Luận văn luanvanmaster.com ZALO 0973287149 (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Luận Văn Tốt Nghiệp Sản Xuất 1, 2 – Dicloetan Từ Etylen.doc