Thiết kế phân xưởng Hydrodealkyl hóa Toluen sản xuất Benzen năng suất 100.000 tấn Benzen/năm

.................................. N guyên liệu hydro ...................................................................................... 9 1. ....................................................................................................... T ính chất vật lý .......................................................................................... 9 2. ....................................................................................................... T ính chất hĩa học ...................................................................................... 9 3. ....................................................................................................... Ứ ng dụng của hydro ................................................................................. 10 4. ....................................................................................................... T ồn chứa .................................................................................................. 11 II. ......................................................................................................... N guyên liệu toluen .................................................................................... 11 1. ....................................................................................................... T ính chất vật lý của toluen ...................................................................... 11 2. ....................................................................................................... T ính chất hĩa học của toluen ................................................................... 13 3. ....................................................................................................... Ứ ng dụng của toluen ................................................................................ 14 III. ........................................................................................................ S ản phẩm benzen ..................................................................................... 14 1. ....................................................................................................... T ìm hiểu về benzen ................................................................................. 14 2. ....................................................................................................... T ính chất vật lý của benzen ..................................................................... 16 3. ....................................................................................................... T ính chất hĩa học của benzen ................................................................. 17 4. ....................................................................................................... Ứ ng dụng .................................................................................................. 18 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 2 5. ....................................................................................................... Đ ộc tính .................................................................................................... 19 6. ....................................................................................................... A n tồn trong xử lý, lƣu trữ và vận chuyển benzen ................................ 20 B. .............................................................................................................. H ydrodealkylation of toluen – THDA I. .......................................................................................................... C ơ sở lý thuyết .......................................................................................... 22 II. ......................................................................................................... C ác phản ứng trong quá trình hydrodealkyl hĩa ................................. 23 1. ....................................................................................................... P hản ứng chính ........................................................................................ 23 2. ....................................................................................................... C ác phản ứng phụ quan trọng .................................................................. 23 III. ........................................................................................................ N hiệt động học của phản ứng ................................................................. 23 IV. ........................................................................................................ C ác cơng nghệ hydrodealkyl hĩa ............................................................ 24 1. ....................................................................................................... Q uá trình hydrodealkyl hĩa cĩ xúc tác .................................................... 24 1.1. ................................................................................................ Đ iều kiện phản ứng ............................................................................ 24 1.2. ................................................................................................ X úc tác ............................................................................................... 25 1.2.1. ........................................................................................... G iới thiệu các loại xúc tác phổ biến ............................................ 25 1.2.2. ........................................................................................... Đ iều kiện làm việc của xúc tác .................................................... 25 1.2.3. ........................................................................................... Đ ặc tính xúc tác ........................................................................... 25 1.2.4. ........................................................................................... T ổng hợp xúc tác ......................................................................... 27 2. ....................................................................................................... Q uá trình hydrodealkyl hĩa nhiệt ............................................................ 28 2.1. ................................................................................................ Đ iều kiện làm việc ............................................................................. 28 2.2. ................................................................................................ S ơ đồ cơng nghệ ................................................................................ 29 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 3 V. ......................................................................................................... M ột số cơng nghệ điển hình của quá trình hydrodealkyl hĩa toluen 1. ....................................................................................................... C ơng nghệ của UOP ................................................................................ 29 2. ....................................................................................................... C ơng nghệ hydrodealkyl hĩa của DETOL, LITOL và PYROTOL ........ 31 2.1. ................................................................................................ G iới thiệu ........................................................................................... 31 2.2. ................................................................................................ Ƣ u điểm của các cơng nghệ ............................................................... 32 2.3. ................................................................................................ S ơ đồ cơng nghệ chung DETOL, LITOL và PYROTOL ................. 33 3. ....................................................................................................... T ính kinh tế của quá trình THDA ........................................................... 34 C. .............................................................................................................. M ột số phương pháp khác sản xuất benzen ................................................. 35 I. .......................................................................................................... R eforming xúc tác .................................................................................... 36 1. ........................................................................................................ C ác phản ứng xảy ra trong quá trình reforming xúc tác .......................... 36 2. ....................................................................................................... Đ iều kiện phản ứng .................................................................................. 36 3. ....................................................................................................... X úc tác của quá trình reforming .............................................................. 37 3.1. ................................................................................................ C ác loại xúc tác .................................................................................. 37 3.2. ................................................................................................ C ác yếu tố ảnh hƣởng đến hoạt tính xúc tác ..................................... 37 4. ....................................................................................................... C ơng nghệ reforming xúc tác .................................................................. 37 4.1. ................................................................................................ C ơng nghệ bán tái sinh ...................................................................... 37 4.2. ................................................................................................ T ái sinh liên tục ................................................................................. 38 II. ......................................................................................................... P hản ứng bất phân bố toluen để sản xuất benzen và xylen ....................... 38 1. ....................................................................................................... Nguyên lý chung của phƣơng pháp ...................................................... 38 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 4 2. ....................................................................................................... C ác phản ứng ........................................................................................... 40 3. ....................................................................................................... C ơng nghệ sản xuất .................................................................................. 40 4. ....................................................................................................... C ơng nghệ tatoray – sản xuất benzen điển hình trong cơng nghiệp ........ 41 III. ........................................................................................................ X ăng nhiệt phân ....................................................................................... 42 1. ....................................................................................................... C ơ sở của quá trình .................................................................................. 42 2. ....................................................................................................... Đ iều kiện của quá trình ............................................................................ 43 3. ....................................................................................................... C ơng nghệ xử lý xăng nhiệt phân bằng hydro ......................................... 43 3.1. ................................................................................................ G iai đoạn hydrodedien hĩa ................................................................ 43 3.2. ................................................................................................ G iai đoạn hydrodesunfua hĩa ............................................................ 44 3.3. ................................................................................................ N guyên tắc làm việc chung của cả hai giai đoạn ............................... 44 IV. ........................................................................................................ S ản xuất benzen từ than đá .................................................................... 44 1. ....................................................................................................... C ơ sở lý thuyết ......................................................................................... 44 2. ....................................................................................................... S ơ đồ cơng nghệ ...................................................................................... 45 D. .............................................................................................................. L ựa chọn các quá trình sản xuất benzen ..................................................... 46 Phần II TÍNH TỐN THIẾT KẾ A. .............................................................................................................. S ơ đồ cơng nghệ thiết kế ............................................................................... 48 B. .............................................................................................................. T ính cân bằng vật chất và cân bằng nhiệt lượng ........................................ 51 I. .......................................................................................................... P hần mềm tính tốn Hysys ..................................................................... 51 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 5 II. ......................................................................................................... T rình tự tính tốn trong phần mềm Hysys ........................................... 51 III. ........................................................................................................ T ính tốn số liệu ban đầu ........................................................................ 52 1. ....................................................................................................... T ính năng suất benzen ............................................................................. 52 2. ....................................................................................................... T ính cân bằng vật chất ............................................................................. 52 2.1. ................................................................................................ T ính lƣợng biphenyl .......................................................................... 54 2.2. ................................................................................................ T ính lƣợng khí metan sau quá trình phản ứng .................................. 54 2.3. ................................................................................................ T ính lƣợng toluen .............................................................................. 55 2.4. ................................................................................................ T ính lƣợng khí hydro cần tiêu thụ cho phản ứng .............................. 55 2.5. ................................................................................................ C ân bằng vật chất lị phản ứng R – 101 ............................................ 56 IV. ........................................................................................................ X ây dựng sơ đồ mơ phỏng trên Hysys ................................................... 56 1. ....................................................................................................... C ác ký hiệu trong Hysys .......................................................................... 56 2. ....................................................................................................... M ột số nguyên tắc khi làm việc trong Hysys ........................................... 57 3. ....................................................................................................... X ây dựng sơ đồ ........................................................................................ 57 V. ......................................................................................................... N hập số liệu vào sơ đồ Hysys .................................................................. 57 VI. ........................................................................................................ Đ iều chỉnh thơng số trong Hysys ............................................................ 58 1. ....................................................................................................... T hay đổi thành phần dịng nguyên liệu ................................................... 58 2. ....................................................................................................... T hay đổi tỉ lệ chia tại TEE – 100 ............................................................ 59 3. ....................................................................................................... T hay đổi điều kiện chƣng cất tại tháp T – 101 ........................................ 59 4. ....................................................................................................... T hay đổi điều kiện chƣng cất tại tháp T – 102 ........................................ 60 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 6 5. ....................................................................................................... T hay đổi nhiệt độ chƣng cất tháp T – 103 .............................................. 61 6. ....................................................................................................... T hay đổi số liệu tháp chƣng T – 103....................................................... 61 7. ....................................................................................................... K iểm tra kết quả ....................................................................................... 62 VII. Tính cân bằng vật chất – nhiệt lượng của quá trình THDA 1. ....................................................................................................... C ân bằng vật chất – nhiệt lƣợng của thiết bị phản ứng chính R – 101 ... 62 2. ....................................................................................................... C ân bằng vật chất tháp tách pha áp suất cao V – 101 ............................. 63 3. ....................................................................................................... C ân bằng vật chất tháp tách pha áp suất thấp V – 102 ............................ 64 4. ....................................................................................................... C ân bằng vật chất tại tháp chƣng tách khí T – 101 ................................. 65 5. ....................................................................................................... C ân bằng vật chất tháp chƣng tách sản phẩm benzen T – 102 ............... 66 6. ....................................................................................................... C ân bằng vật chất tháp chƣng tách sản phẩm toluen T – 103 ................. 67 7. ....................................................................................................... C ân bằng vật chất cho tồn quá trình ...................................................... 68 C. .............................................................................................................. T ính tốn kích thước thiết bị phản ứng chính ............................................ 74 I. .......................................................................................................... T ính chiều cao lị phản ứng ..................................................................... 74 II. ......................................................................................................... T ính tốn kích thước bích nối ................................................................ 76 Phần III THIẾT KẾ XÂY DỰNG NHÀ MÁY I. .......................................................................................................... P hân tích địa điểm xây dựng nhà máy .................................................. 77 1. ....................................................................................................... C ác yêu cầu chung ................................................................................... 77 2. ....................................................................................................... C ác yêu cầu về khu đất xây dựng ............................................................ 79 3. ....................................................................................................... C ác yêu cầu về vệ sinh cơng nghiệp ........................................................ 79 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 7 II. ......................................................................................................... P hân tích thiết kế mặt bằng nhà máy .................................................... 79 1. ....................................................................................................... N guyên tác phân vùng ............................................................................. 79 2. ....................................................................................................... Ƣ u nhƣợc điểm của nguyên tác phân vùng .............................................. 80 3. ....................................................................................................... C ác hạng mục cơng trình ......................................................................... 80 3.1. ................................................................................................ B ảng thống kê các hạng mục ............................................................. 80 3.2. ................................................................................................ C ác dữ liệu kinh tế kỹ thuật ............................................................... 81 III. ........................................................................................................ T hiết kế mặt bằng .................................................................................... 83 1. ....................................................................................................... Y êu cầu đặt ra đối với nhà máy ............................................................... 83 2. ....................................................................................................... T ổ hợp sản xuất hydrocacbon của UOP .................................................. 83 3. ....................................................................................................... G iải pháp thiết kế xây dựng ..................................................................... 84 3.1. ................................................................................................ G iải pháp xây dựng lộ thiên ............................................................... 84 3.1.1. ........................................................................................... Ý nghĩa và tác dụng ..................................................................... 85 3.1.2. ........................................................................................... C ác nguyên tắc cơ bản khi xây dựng lộ thiên ............................. 85 3.2. ................................................................................................ T hiết kế xây dựng .............................................................................. 85 Phần IV TÍNH TỐN KINH TẾ I. .......................................................................................................... C ác số liệu ban đầu .................................................................................. 88 II. ......................................................................................................... S ố vốn đầu tư phân xưởng ...................................................................... 88 1. ....................................................................................................... V ốn đầu tƣ cố định ................................................................................... 88 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 8 1.1. ................................................................................................ C huẩn bị mặt bằng ............................................................................. 88 1.2. ................................................................................................ P hân xƣởng........................................................................................ 88 1.3. ................................................................................................ V ốn đầu tƣ thiết bị ............................................................................. 89 1.4. ................................................................................................ C hi phí xây dựng và lắp đặt ............................................................... 89 1.5. ................................................................................................ T huế đất ............................................................................................. 89 1.6. ................................................................................................ C hi phí cho quá trình chạy thử và hƣớng dẫn sử dụng thiết bị ......... 89 2. ....................................................................................................... C hi phí đầu tƣ khai thác ........................................................................... 90 2.1. ................................................................................................ C hi phí nguyên vật liệu ...................................................................... 90 2.2. ................................................................................................ C hi phí cho điện nƣớc ........................................................................ 90 2.3. ................................................................................................ T ổng chi phí cho cơng nhân .............................................................. 91 2.4. ................................................................................................ C hi phí bảo dƣỡng ............................................................................. 91 2.5. ................................................................................................ C hi phí cho những vấn đề về sự cố ngừng hoạt động ....................... 92 3. ....................................................................................................... V ốn đầu tƣ lƣu động ................................................................................ 92 4. ....................................................................................................... T ính khấu hao phân xƣởng ...................................................................... 92 5. ....................................................................................................... T ổng chi phí sản xuất chung .................................................................... 92 6. ....................................................................................................... C hi phí quả lý doanh nghiệp .................................................................... 93 Phần V TỰ ĐỘNG HĨA I. .......................................................................................................... K hái niệm .................................................................................................. 95 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 9 II. ......................................................................................................... M ục đích và ý nghĩa của tự động hĩa trong sản xuất ........................... 95 III. ........................................................................................................ M ột số dạng tự động ................................................................................. 95 1. ....................................................................................................... T ự động kiểm._. tra và tự động bảo vệ ....................................................... 96 2. ....................................................................................................... D ạng tự động điều khiển .......................................................................... 96 3. ....................................................................................................... D ạng tự động điều chỉnh .......................................................................... 97 4. ........................................................................................................ D ạng điều khiển phản hồi ........................................................................ 97 IV. ........................................................................................................ C ấu tạo của một số thiết bị tự động ....................................................... 97 1. ....................................................................................................... B ộ cảm biến áp suất ................................................................................. 97 2. ....................................................................................................... B ộ cảm ứng nhiệt độ ................................................................................ 98 3. ....................................................................................................... B ộ cảm ứng mức đo chất lỏng ................................................................. 98 4. ....................................................................................................... B ộ cảm ứng biến lƣu lƣợng ..................................................................... 99 V. ......................................................................................................... T hiết kế mơ hình tự động hĩa ............................................................... 100 1. ....................................................................................................... C ác ký hiệu cơ bản trong thiết kế tự động hĩa (P&ID) ......................... 100 2. ....................................................................................................... T ự động hĩa trong phân xƣởng THDA ................................................. 101 Phần VI AN TỒN LAO ĐỘNG TRONG PHÂN XƯỞNG I. .......................................................................................................... M ục đích .................................................................................................. 103 1. ....................................................................................................... N guyên nhân do kỹ thuật ....................................................................... 103 2. ....................................................................................................... N guyên nhân do tổ chức ........................................................................ 103 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 10 3. ....................................................................................................... N guyên nhân do vệ sinh ......................................................................... 104 II. ......................................................................................................... C ơng tác đảm bảo an tồn lao động ..................................................... 104 1. ....................................................................................................... C ơng tác giáo dục tƣ tƣởng .................................................................... 104 2. ....................................................................................................... T rang bị phịng hộ lao động .................................................................. 104 3. ....................................................................................................... C ác biện pháp kỹ thuật .......................................................................... 104 4. ....................................................................................................... C ơng tác vệ sinh ..................................................................................... 105 5. ....................................................................................................... Y êu cầu vệ sinh đối với mặt bằng nhà máy ........................................... 105 III. ........................................................................................................ Y êu cầu về phong chống cháy nổ trong nhà máy ............................... 106 1. ....................................................................................................... P hịng chống cháy ................................................................................. 107 2. ....................................................................................................... N găn ngừa khả năng xuất hiện những nguồn gây cháy ......................... 107 3. ....................................................................................................... N găn ngừa khả năng xuất hiện những nguồn cháy ................................ 107 4. ....................................................................................................... N hững biện pháp tổ chức để đảm bảo an tồn cháy nổ ......................... 108 IV. ........................................................................................................ C ác yêu cầu về an tồn giao thơng trong nhà máy ............................. 109 KẾT LUẬN ................................................................................................ 111 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................ 112 PHỤ LỤC ................................................................................................... 113 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 11 MỞ ĐẦU . . , . Đây . . . ( Benzen – Toluen – Xylen). trong 1 . 250 sản phẩm riêng biệt hoặc phân loại sản phẩm. Trong lịch sử, tiêu thụ chính của benzen cĩ trong sản xuất Êtylbenzen (Đối với polystyrene), cumene (đối với phenol và acetone), và cyclohexane (đối với nylon).Đáng kể số lƣợng benzen cũng đƣợc tiêu thụ trong sản xuất anilin, chất tẩy rửa alkylate, và maleic anhydride.[3] Từ cách đây nhiều thập niên, các nhà sản xuất đã nhận ra tầm quan trọng của benzen. Các phƣơng pháp sản xuất benzen trong cơng nghiệp cũng khơng ngừng phát triển để cung câp nguồn nguyên liệu trung gian này cho tổng hợp hữu cơ hĩa dầu. Trên thực tế, nguồn cung cấp hydrocacon thơm nĩi chung, và benzen nĩi riêng khơng hồn tồn cĩ nguồn gốc từ dầu mỏ. . Bằng chứng là trƣớc năm 1940, đây chính là phƣơng pháp chủ yếu cung cấp nguồn benzen và sản phẩm thế benzen. Hiện nay . [2] Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 12 Benzen cĩ thể thu đƣợc từ một số quá trình quan trọng trong lọc hĩa dầu, nhƣ quá trình reforming xúc tác, cracking xúc tác, Cracking hơi. Mặc dù trong các quá trình này, benzen chỉ là sản phẩm phụ, song sản lƣợng là đáng kể. Trong quá trình reforming xúc tác, với nguồn nguyên liệu naphta đã cung cấp lƣợng benzen và sản phẩm BTX chủ yếu. Quá trình cracking xúc tác lại chuyển hĩa phân đọan dầu thơ í . Song cũng là những nguồn thu BTX quan trọng trong cơng nghiệp. Một số quá trình mới cho t . Hay quá trình Hydrodealkyl hĩa trực tiếp toluen để cho sản phẩm benzen với độ chuyển hĩa rất cao. Quá trình này cĩ thể thực hiện dễ dàng nhờ xúc tác hydrodealkyl hĩa toluen_HDA hay dƣới tác dụng của nhiệt độ thermal hydrodealkyl of toluen_THDA. . Trong đồ án này, cĩ sự phân tích rõ ràng về sơ đồ cơng nghệ, cũng nhƣ các điều kiện tối ƣu để phát huy hết cơng suất mỗi sơ đồ. Và sau đĩ là sự lựa chọn, tính tốn một sơ đồ sao cho cơng nghệ đĩ khơng chỉ đáp ứng yêu cầu về năng suất, chất lƣợng benzen mà cịn thỏa mãn điều kiện về kinh tế nhƣ chi phí đầu tƣ, giá thành sản phẩm, xây dựng… Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 13 Phần I TỔNG QUAN A. Nguyên liệu và sản phẩm I. Nguyên liệu Hydro _catalytic reforming. Hydro đƣợc sử dụng cho các mục đích làm sạch sản phẩm, xử lý hydro các phân đoạn hay sử dụng cho quá trình hydrocraking. Quá trình reforming đƣợc đánh giá là nguồn thu hydro dồi dào (hàm lƣợng từ 85 93%) và rẻ tiền, rẻ hơn từ 10 đến 15 lần so với hydro thu đuợc bằng các cách điều chế khác . 1. Tính chất vật lý - Là 1 phi kim, tồn tại ở dạng khí. Là khí nhẹ nhất trong tất cả các khí, hydro nhẹ hơn khơng khí 15 lần. - Hydro cĩ 3 đồng vị Bảng 1 : Các đồng vị của hydro Đồng vị 1 1H 21H 31H Tên Proti Dơteri Triti % 99.948 0.016 0.0001 - Hydro cĩ nhiệt độ sơi và nhiệt độ nĩng chảy thấp. Tnc = - 259,1 0 C Ts = - 252,6 0 C - Hydro tồn tại ở dạng đơn chất (H2) và hợp chất (H2 , dầu mỏ,…) - Hydro chủ yếu tồn tại trong vũ trụ ( Chiếm ½ trọng lƣợng mặt trời), hydro hầu nhƣ khơng cĩ mặt trong khí quyển. 2. Tính chất hĩa học Tính bền Do mỗi nguyên tử H2 đã đạt đến cấu hình khí hiếm nên phân tử H2 rất bền. Đến 20000C mới bắt đầu phân hủy, nên H2 kém hoạt động ở đk thƣờng : 02000 C 2 H 2H Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 14 Tính khử.(Khả năng cho H+) + H - 1e H Ion H + cĩ điện tích là +1, khơng cịn e nào, kích thƣớc lại vơ cùng nhỏ: -5 Hr =1,5*10 cm -8 +H r =10 cm Nên H + khơng tồn tại ở trạng thái tự do, mà luơn kết hợp với các nguyên tử hay phân tử khác. - Phản ứng với các phi kim : 0 0 2 2 2 2 2 t CH +X 2HX 1 550 CH + O H O 2 - H2 khử đƣợc 1 số oxit KL về KL. (Điều chế KL bằng phƣơng pháp nhiệt luyện) 0 2 2 t CH +CuO Cu+H O - No hĩa các hợp chất chƣa no : 2 4 2 2 6 xtC H +H C H Tính OXH. Khi tác dụng với 1 số KL hoạt động nhƣ KL kiềm, hay kiềm thổ thì tạo ra H- (hydrua) 0 2 2 -H+1e=H (hydrua) t2Na + H 2NaH (Natrihydrua) 2 NaH + H O = NaOH + H 3. Ứng dụng của hydro : - Trong cơng nghiệp : Sản xuất ra NH3, Từ đĩ sản xuất ure. - Sản xuất HCl, CH3OH, hydro hĩa hợp chất chƣa no. - Tinh chế dầu mỏ ( loại bỏ S, olefin,…) - H2 cùng với O2 lỏng làm nhiên liệu tên lửa - Do nhẹ hơn khơng khí, hydro đƣợc bơm vào khí cầu. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 15 - Hydro cĩ tốc độ khuếch tán nhanh nên đƣợc dùng làm mát các chi tiết máy. 4. , chất dẻo và các sản phẩm dầu khí. Nĩ cĩ thể đƣợc vận chuyển đến ngƣời dùng cuối thơng qua đƣờng ống dẫn - đĩ là phƣơng pháp rẻ nhất - nhƣng cĩ những đƣờng ống hiện cĩ tƣơng đối ít so với các hệ thống khí đốt tự nhiên. 300$ và 600$ cho mỗi km. Nén khí hydro , đặc biệt là khoảng cách dài. Hydrogen lỏng -253 º C. , t . , làm mát chất lỏng khí hydro. II. Nguyên liệu Toluen 1. Tính chất vật lý của toluen [4]. Toluen là một chất lỏng khơng màu, cĩ mùi hăng, nhƣng khơng sốc bằng benzen. . Bảng 2: Tính chất vật lý của Toluen [4]. Tính chất Giá trị (đvC) 92.13 Nhiệt độ sơi, oC 110,625 Nhiệt độ đơng đặc, oC -94,991 Tỷ trọng, g/ml ở 20oC ở 25oC 0,8669 0,8623 Chỉ số khúc xạ nP ở 68 o F ở 77oC 1,4969 1,4941 Nhiệt độ tới hạn, oC 320,8 (% V) Trên 6.8 1.3 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 16 , atm 40 Tỷ trọng tới hạn, g/ml 0,29 PV/RT tới hạn 0,26 Nhiệt hố hơi hv, Kcal/mol ở 20 o C ở 25oC 9,08 8,00 Nhiệt nĩng chảy H, Kcal/mol 1,582 Hằng số nghiệm lạnh, mol/K A B 0,02508 0,0019 Nhiệt tạo thành HF, Kcal/mol Khí Lỏng 11,950 2,867 Entropy, S o Khí Lỏng 76,42 52,48 Năng lƣợng tạo thành tự do F Khí Kcal/mol Lỏng 29,228 27,282 Dựa vào cơng thức [4]: Log(P) = A – B / (C + t) C = 219,482 A = 1344,860 P : mmHg T : o C nhƣ sau: Bảng 3 (mmHg) Nhiệt độ ( o C) Áp suất (mmHg) Nhiệt độ ( o C) 10 6,36 300 80,56 20 18,38 400 89,84 30 26,03 500 96,52 40 31,76 600 102,51 50 36,394 700 107,57 60 40,308 800 112,40 80 46,733 900 116,84 100 51,940 1000 120,17 150 61,942 1200 127,52 200 69,498 1500 136,41 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 17 Toluen tạo một hỗn hợp đẳng phí với đa số parafin, rƣợu, naphtalen... nhiệt độ đẳng phí của hỗn hợp rất gần với nhiệt độ sơi của cấu tử thứ hai. Toluen khơng tạo hỗn hợp đẳng phí với một số chất nhƣ: heptan, metyl cyclohexan, Cis-1,3- dimetyl cyclohexan. 2. Tính chất hố học của Toluen [4]. Cấu tạo của toluen nhƣ sau: C HH H Do cĩ cấu trúc vịng và nhánh bên nhƣ trên nên toluen cĩ các phản ứng của cả nhánh bên và của cả vịng thơm. a. Phản ứng của vịng thơm. Nhĩm CH3 là nhĩm thế loại một của vịng benzen do ảnh hƣởng của hiệu ứng liên hợp và siêu liên hợp của nhĩm thế với electron trong vịng benzen làm mật độ e trong vịng benzen tăng lên và tăng chủ yếu ở vị trí octo và para, do vậy khi thế lần hai thì vị trí nhĩm thế mới sẽ vào vị trí octo và para. b. Phản ứng của nhánh bên. Ngồi phản ứng thế của vịng benzen, Toluen cịn tham gia phản ứng khác của nhánh. - Phản ứng tạo diphenyl trong điều kiện nhiệt độ thích hợp. 2C6H5CH3 + 0,5O2 C6H5-CH2-CH2-C6H5 + H2O - . 2C6H5-CH3 C6H6 + CH3-C6H4-CH3 - Phản ứng clometyl hố. C6H5-CH3 + HCHO + HCl CH3-C6H4-CH2Cl + H2O - Đặc biệt toluen cịn tham gia phản ứng oxi hố bằng oxi khơng khí với điều kiện nhiệt độ, xúc tác thích hợp cho Benzaldehit hoặc cũng cĩ thể tạo axit benzoic và các sản phẩm khác: Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 18 C6H5CH3 + O2 C6H5CHO hoặc C6H5COOH - Phản ứng hyđro hố tạo naphten, metylcyclohecxan. C6H5CH3 + 3H2 C6H11CH3 - Toluen cĩ thể thu đƣợc từ than đá hay từ dầu mỏ nhƣng hiện nay nguồn thu toluen chủ yếu từ dầu mỏ bằng các quá trình chế biến hố học khác nhau. 3. Ứng dụng của toluen [4,2]. . + . Hiện nay, . Theo nghiên cứu của API thì nhu cầu sử dụng Toluen trong xăng khơng pha chì sẽ tăng gấp đơi so với xăng pha chì. Tuy nhiên để sử dụng đƣợc xăng khơng pha chì thì cũng yêu cầu cĩ sự đầu tƣ và thay đổi đáng kể trong vịng 10 năm hoặc lâu hơn nữa [4]. + T ) . . , . .[2] + , ơ tơ. III. Sản phẩm Benzen 1. Tìm hiểu về benzen [6,7] Benzen đƣợc nhà vật lý Anh Farađây (M.Faraday) phát hiện ra năm 1825. Năm 1833, nhà hố lý Đức Mitselic (E. Mitcherlich) đã điều chế đƣợc benzen khi chƣng khơ muối canxi của axit benzoic, cho nên benzen mang tên nhƣ vậy. Benzen - C6H6 là hidrocacbon vịng thơm đơn giản nhất. Trong benzen cĩ chứa Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 19 một tập hợp vịng gồm sáu nguyên tử cacbon. Đĩ là nhân benzen. Năm 1865, nhà hố học Đức Kekule (A.Kekule) đã đƣa ra cơng thức dạng khép vịng của benzen với các liên kết đơn và đơi luân phiên nhau. Theo các giả thuyết hiện đại, sáu electron π của ba liên kết đơi trong benzen ở trạng thái liên hợp, tạo thành một hệ electron thống nhất. . Nhiều tác giả đã đề nghị các cơng thức cấu tạo của vịng benzen, trong đĩ cĩ cơng thức Kekule đƣợc sử dụng nhiều hơn cả. Mặc dù vậy, cơng thức Kekule khơng phản ánh đƣợc đầy đủ các tính chất của benzen [7]. Theo quan điểm hiện đại: Benzen cĩ cấu tạo vịng 6 cạnh phẳng. Các nguyên tử cacbon trong vịng đều ở trạng thái lai hĩa sp2 . Mỗi nguyên tử cacbon cịn một electron p chƣa lai hĩa. Sáu electron p của 6 nguyên tử cacbon khơng xen phủ đều cả hai bên tạo ra đám mây electron p phân bố đều trên cả 6 nguyên tử cacbon của vịng và đƣợc biểu diễn bằng cơng thức sau [7]: Các gĩc hĩa trị đều bằng 1200 . C C C C C H Độ dài kiên kết C – C cĩ giá trị trung gian giữa liên kết đơn C – C và liên kết đơi C = C: Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 20 C C C C C C 1,54 A 0 1,40 A 0 1,34 A 0 Chúng ta dễ dàng nhận thấy rằng do các electron p xen phủ khép kín nên các liên kết C – C của vịng khơng mang tính chất của một liên kết đơi C = C. Phân tử benzen cĩ mật độ electron p phân bố đều, phân tử hồn tồn đối xứng, bền, vì thế mà khĩ cộng hợp, khĩ oxi hĩa. Nĩ chỉ dễ phá vỡ cấu trúc bền của vịng. 2. Tính chất vật lý của benzen [6,2] Benzen là một hydrocacbon thơm, cĩ cơng thức hĩa học là C6H6, khối lƣợng phân tử 78,11, ở trạng thái lỏng, khơng màu, linh động, cĩ mùi thơm đặc biệt. . . Benzen khơng tan trong nƣớc, tạo thành với nƣớc một hỗn hợp sơi ở nhiệt độ 69,25oC . Benzen hịa tan đƣợc nhiều chất nhựa, mỡ, lƣu huỳnh và nhiều chất khác, khơng tan trong nƣớc. Do đĩ benzen là một dung mơi rất thơng dụng. 4: Các thơng số vật lý của benzen [8]: Điểm nĩng chảy 5,5330C Điểm sơi 80,10C Khối lƣợng riêng ở 25oC: 879 kg/m3 Độ nhớt ở 200C 0,649.10-3 N.s/m2 Sức căng bề mặt ở 200C 29.10-3 N/m Nhiệt dung riờng ở 200C 1730 J/kg.đo Nhiệt độ chớp cháy cốc kín –11,1oC. Nhiệt cháy đẳng áp ở 25oC 9,999 kcal/mol Nhiệt hĩa hơi 8.09kcal/kmol Nhiệt độ tự bốc cháy trong khơng khí 538oC Nhiệt độ tới hạn 289.45oC Độ hồ tan trong nƣớc ở 25oC 0.18g/100g H20 Áp suất tới hạn 48.6 atm Nhiệt nĩng chảy 30,1 kcal/kmol Độ hồ tan của nƣớc trong benzen 0.05g/100g C6H6 Nhiệt lƣợng nĩng chảy 2,351 kcal/mol Tỷ trọng tới hạn 0,3 g/ml Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 21 3. Tính chất hĩa học của Benzen [7] Về thành phần, benzen thuộc loại hidrocacbon vịng khơng no liên hợp (dãy đồng đẳng CnH2n-6), nhƣng khác với hidrocacbon thuộc dãy etylen C2H4, benzen thể hiện các tính chất vốn cĩ của hidrocacbon no. Chẳng hạn, benzen bền vững với tác dụng của các chất oxi hố, dễ tham gia phản ứng thế hơn là phản ứng cộng, v.v… Sỡ dĩ benzen và những hợp chất thơm khác cĩ các tính chất đặc biệt này là vì nhân benzen tƣơng đối bền vững đối với các phản ứng hố học. a. Phản ứng cộng hợp : Benzen . Ph hĩ thực hiện, địi hỏi điều kiện khắc nghiệt : nhiệt độ, xúc tác, áp suất. + Phản ứng khử : Benzen Xyclohexan Ni, 200 - 3000C, 300 atm 3H2 + Tác dụng với clo : 3Cl2 T, P as Cl Cl Cl ClCl Cl b. Phản ứng oxi hĩa : Rất khĩ thực hiện. Các chất oxi hĩa thơng thƣờng nhƣ KMNO4 ,K2Cr2O7 / H2SO4 khơng cĩ khả năng oxi hĩa nhân benzen. Ơ nhiệt độ cao, benzen bị oxi hĩa bởi oxi tạo anhydric maleic với sự cĩ mặt của xúc tác V2O5 : 9/2 O2 4500C V2O5 Benzen CH CH C C O O O Anhydric maleica c. Phản ứng thế electrophyl SE : Benzen là một nguyên liệu rất quan trọng trong cơng nghiệp hố chất. Những nguyên tử hidro trong benzen dễ bị thay thế bằng clo và các halogen khác, bằng Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 22 các nhĩm sunfo-, amino-, nitro- và các nhĩm định chức khác. Clobenzen, hexaclobenzen, phenol, anilin, nitrobenzen… - phản ứng halogen hĩa : X2 FeX3 ( X = Cl, Br ) X HX - Phản ứng nitro hĩa : HNO3 H2SO4 NO2 H2O55 - 600C - Phản ƣng sulfo hĩa : H2SO4 SO3H H2O - Phản ứng ankyl hĩa : RCl R HCl AlCl3 - Phản ứng axyl hĩa : HCl AlCl3 R C Cl O C O R 4. Ứng dụng - Benzen cĩ vai trị quan trọng trong thực tế , là nguyên liệu chính để sản xuất các loại thuốc trừ sâu , thuốc kháng sinh , chất kich thich tăng trƣởng và vơ số các ứng dụng khác....... trong đời sống. - Ngƣời ta sử dụng benzen sản xuất phẩm nhuộm , keo dán... Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 23 - Khơng khi nào mà cuộc sống con ngƣời lại khơng cĩ sự xuất hiện của benszen , những chất nhƣ long não , thuốc paracetamol , thuốc từ sâu 666 ( đã bị ngăm cấm, song mở đầu cho ứng dụng thuốc trừ sau trong nơng nghiêp ) , kháng sinh pi các loại , thuốc trừ cỏ DDT , thuốc kích thich đột biến tứ bội cinciline , thuốc cảm aspirin....... - Trong phịng thí nghiệm, benzen đƣợc sử dụng rộng rãi làm dung mơi - Sử dụng chế tạo tơ nhân tạo , nilon , thủy tinh tổng họp hữu cơ , đồ chống cháy...... cĩ nhiều vài trị trong cuộc sống........ - Benzen là nguồn nguyên liệu quan trọng trong cơng nghiệp phẩm nhuộm anilin, dƣợc phẩm, trong việc sản xuất chất phụ để nâng cao chỉ số octan đối với nhiên liệu động cơ ơtơ và máy bay 5. Độc tính [9]. , urephenolfomandehit dùng làm chất dẻo, chất kết dính, Chất diệt nấm mốc: nitrophenol, chất diệt cỏ: 2,4- D(2,4-diclophenoxiaxetic) Trinitro toluen Anilin Styren phenol Phenol Formandehit Toluen Nitro benzen Etyl benzen Cumen Phenol Benzen benzen Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 24 B phục . Benzene cĩ tác dụng nghiêm trọng sức khỏe . Việc hít phải cĩ thể gây ra buồn ngủ, chĩng mặt, nhịp tim nhanh, đau đầu, run, nhầm lẫn, bất tỉnh hoặc chết. Thực phẩm hoặc đồ uống cĩ chứa nồng độ cao của benzen cĩ thể gây nơn mửa, kích thích dạ dày, chĩng mặt, buồn ngủ, co giật, nhịp tim nhanh. benzen là chất độc cho hệ thống miễn dịch. Cục Y tế Mỹ và Dịch vụ Nhân sinh (DHHS) phân loại benzen nhƣ là một chất gây ung thƣ con ngƣời. , trong . 6. An tồn trong xử lý, lưu trữ và vận chuyển benzen [9] a. Lưu trữ Benzen là một hĩa chất độc hại và gây ung thƣ số một đƣợc biết đến. Vấn đề tồn trữ benzen đúng phƣơng pháp là hồn tồn cần thiết để đảm bảo rằng cơng nhân nhà máy và ngƣời dân sống ở các khu vực xung quanh khơng đƣợc tiếp xúc với các hố chất độc hại. Nĩ cũng là cần thiết để giảm nguy hiểm cháy gây ra bởi benzene, vì nĩ là rất dễ cháy. Benzen là một hĩa chất đƣợc sử dụng trong các ứng dụng cơng nghiệp. Benzene đƣợc lƣu giữ tại các nhà máy, nơi nĩ đƣợc sử dụng nhƣ một tiền chất hĩa học với các hĩa chất khác đƣợc sử dụng để sản xuất chất kết dính nhất định, sản phẩm tẩy rửa, nhựa và sợi…. Nĩ cần đƣợc lƣu giữ tại các nhà máy cơng nghiệp theo quy định đƣợc quy định bởi Cơ quan Bảo vệ mơi trƣờng và các cơ quan khác của chính phủ về quản lý. Sau đây là một số lƣu ý khi tồn trữ Benzen [9]: - Tồn trữ benzen trong thùng kín, tại khu vực đƣợc thơng giĩ tốt. - Nhãn in trên container, thùng chứa phải cĩ nội dung xác định và rõ ràng. - Duy trì nhiệt độ kho tồn trữ trên 80C để ngăn chặn benzen tự đĩng băng - Cài đặt miếng đệm sƣởi ấm hoặc làm nĩng dạng cuộn trong và xung quanh bể nếu nhiệt độ trong khu vực lƣu giữ benzen giảm xuống dƣới 8 độ. - Sử dụng các biện pháp cách nhiệt cho thùng chứa để nhiệt độ giữa bên trong thùng chứa và mơi trƣờng dao động càng ít càng tốt. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 25 - Giám sát các xe vận chuyển và khu vực xung quanh nĩ để kiểm tra cĩ mối nguy hiểm hoặc những mối nguy hiểm tiềm năng. Những mối nguy hiểm này bao gồm bất kỳ nguồn đánh lửa hoặc các vấn đề với cơ chế làm nĩng. - Kiểm tra bể chứa, thùng chứa thƣờng xuyên xem cĩ rị rỉ hay khơng. - Thùng chứa benzen phải đạt tiêu chuẩn do tính chất an tồn. - Trong khi di chuyển qua đƣờng ống, điện tích sinh ra tại các điểm mặt bích, do đĩ trên đƣờng ống phải cĩ bộ phận nối đất_phân phối điện tĩnh để tránh nổ. - Tránh tất cả các hoạt động làm việc trực tiếp với benzen mà khơng cĩ đồ bảo hộ theo qui định - Tất cả các bể chứa đƣợc giữ trong vịng tƣờng đê để hạn chế sự cố. - Tất cả các động cơ bơm sẽ đƣợc cung cấp bộ phận nối đất gấp đơi để tránh điện tích. - Kho lƣu trữ các thùng benzen cầ tránh cháy trong quá trình sấm chớp. - Tất cả các bể chứa phải đƣợc trang bị lỗ thơng hơi để giải phĩng áp suất trong chất lỏng. - Tất cả các bể chứa phải đƣợc trang bị hệ thống làm mát mùa hè. - để dập tắt lửa khi cĩ sự cố. - Tất cả các thùng chứa phải đƣợc sơn mỗi năm để tránh thiệt hại. - Tất cả các thùng chứa phải đƣợc trang bị thang để đi lên cầu thang để kiểm tra. - Tất cả các bồn, bể chứa phải đƣợc trang bị thiết bị để theo dõi số lƣợng b. Vận chuyển [9] Biện pháp phịng ngừa an tồn trong quá trình tải Benzene vào tàu: • Tất cả các tàu chở dầu phải cĩ sự cho phép của Giám đốc điều khiển vật liệu nổ trƣớc khi tải để tránh ơ nhiễm Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 26 • Lƣu lƣợng của benzen trong quá trình tải nên cĩ tốc độ thấp để tránh tích điện • Tàu chở dầu phải đƣợc nối đất trong quá trình tải. benzen để tránh cháy nổ. . cấp. • Trƣớc khi rời tất cả các mũ tàu chở dầu phải đƣợc đĩng lại đúng cách B. Hydrodealkylation of toluene – HDA Phương pháp Hyđro đề alkyl hố Toluen để sản xuất Benzen I. Quá trình hyđro đề alkyl của các chất thơm, thƣờng là toluene (Mặc dù, đƣợc sử dụng cho các hợp chất thơm nặng hơn là tốt. ) Hydrodealkyl hĩa là phản ứng cracking hydrocacbon thơm cĩ mạch nhánh trong dịng hydro. Giống nhƣ hydrocracking, phản ứng này tiêu thụ hydro và thuận lợi ở điều kiện áp suất riêng phần hydro cao. Quá trình này đƣợc thiết kế để hydrodealkyl hĩa các metylbenzen, etylbenzen C9+ thành benzen. Nĩ xuất phát từ nhu cầu benzen trong cơng nghệ tổng hợp hĩa dầu lớn hơn nhiều so với các hợp chất này cũng nhƣ với toloen và các xylem (sản phẩm BTX). Sau khi phân tách benzen khỏi sản phẩm reforming, các hydrocacbon thơm cao hơn sẽ đƣợc đến phân xƣởng hydrodealkyl hĩa. Thiết bị phản ứng cĩ dạng tƣơng tự hydrocracking. Tại đây, phân nhánh alkyl sẽ đƣợc bẻ gãy và đồng thời đƣợc hydro hĩa. Dealkyl hĩa các hợp chất dạng vịng benzen thế nhiều sẽ làm tăng lƣợng hydro tiêu thụ và đồng thời tạo ra nhiều sản phẩm khí hơn. Dƣới đây là 1 số ví dụ: CH3 H2 = CH4 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 27 Phản ứng benzenes nhiều nhĩm alkyl là: CH3 CH3 CH4 H2 CH4 Trong quá trình hydrodealkyl hĩa, phản ứng cơ bản là tách các nhĩm alkyl gắn với nhân benzen ra dƣới dạng alkan. Nếu quá trình vận hành đúng, và chuyển hĩa đƣợc hồn tồn nhờ tuần hồn phần hydrocacbon thơm chƣa phản ứng, các sản phẩm thu đƣợc là benzen và rất nhiều các hydrocacbon nhẹ, chủ yếu là metan. Bất kỳ loại nào khơng phải hydrocacbon thơm cĩ trong nguyên liệu, ví dụ trong phần xử lí trực tiếp phân đoạn xăng C5+ khơng qua giai đoạn chiết dung mơi, sẽ bị phân hủy thành các parafin nhẹ (metan). Điều này nhằm mục đích thu sản phẩm benzen cĩ độ tinh khiết cao, nhƣng cũng kéo theo lƣợng hydro tiêu thụ rất lớn. Các hợp chất lƣu huỳnh chuyển hĩa 1 phần thành H2S. II. Các phản ứng trong quá trình Hydrodealkyl hĩa. 1. Phản ứng chính CH3 H2 = CH4 2. Các phản ứng phụ quan trọng - Hình thành hydrocacbon thơm phân tử lƣợng lớn (diphenyl). Chúng chiếm phần lớn trong các phản ứng phụ. H22 biphenyl - Hydro hĩa vịng benzen và phân hủy chúng tạo thành metan CH4 - Phân hủy các parafin và naphten thành metan, hình thành cacbon. CnH2n+2 CH4H2 III. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 28 Nhìn chung, các phản ứng liên quan đến quá trình này đều tỏa nhiệt mạnh (ví dụ hydrocracking ΔH= -190 ÷ -230 kJ/mol), ngoại trừ phản ứng tạo ra hydrocacbon thơm khối lƣợng phân tử lớn thu nhiệt nhẹ, và phản ứng phân hủy metan thành C và H. Các phản ứng này xảy ra ở nhiệt độ cao 650oC và tùy từng trƣờng hợp, cĩ thể thuận lợi khi tăng áp suất (phản ứng hydro hĩa) hoặc khơng (phản ứng phân hủy, tạo cốc). Áp suất tối ƣu cho quá trình là 5 ÷ 6 MPa. IV. Các quá trình hydrodealkyl hĩa cĩ thể chia thành 2 loại: hydrodealkyl hĩa nhiệt (THDA_thermal hydrodealkylation) và hydrodealkyl hĩa xúc tác (HDA_hydrodealkylation). 1. Shell, UOP, Houdry và BASF là các hãng đã thiết kế cơng nghệ hydrodealkyl hĩa xúc tác hiện đang đƣợc sử dụng phổ biến trên thế giới. Phần lớn các cơng nghệ này đều sử dụng xúc tác trên cơ sở oxyt crom (10 ÷ 15% KL) mang trên oxyt nhơm. Quá trình này đƣợc sự tham gia của xúc tác, nên nhiệt độ phản ứng thấp hơn 700 0C.Song, trong quá trình này cũng gặp phải một số khĩ khăn: Hoạt động của các chất xúc tác khơng phải luơn đủ cao, nếu nhiệt độ phản ứng hay áp suất hyđro tăng lên để tăng việc chuyển đổi thì các phản ứng phụ nhƣ hydrocracking vịng thơm cũng tăng theo. 1.1. Điều kiện phản ứng Nhƣ đã nĩi, do cĩ mặt xúc tác nên điều kiện phản ứng khơng khĩ khăn nhƣ hydrodealkyl nhờ tác dụng của nhiệt độ. Hay nĩi cách khác, tại cùng 1 điều kiện (nhiệt độ, áp suất), thì việc sử dụng xúc tác sẽ đem lại hiệu quả cao cả về hiệu xuát, và độ chọn lọc sản phẩm. Hai biểu đồ sau thể hiện rõ ƣu điểm đĩ (hình 2, hình 3) Các điều kiện tiến hành phản ứng tru ứng 620oC, nhiệt độ tối đa 700 ÷ 720oC, áp suất 4,5 MPa, tỷ lệ mol H2/hydrocacbon ở dịng vào thiết bị phản ứng là 6, LHSV = 1 h -1. Hiệu suất tính theo toluen nguyên liệu là 97% mol, và độ chuyển hĩa là 70% mol. Tuổi thọ của xúc tác tối thiểu 2 năm. Theo thời gian làm việc, cacbon lắng đọng trên xúc tác, địi hỏi phải tăng nhiệt độ liên tục từ 6200C ở đầu dẫn nguyên liệu tới 6500C ở đầu vào thiết bị phản ứng. Hàng năm, xúc tác cần đƣợc tái sinh bằng quá trình đốt cốc cĩ kiểm sốt chặt trong dịng khí giàu oxy. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 29 [10] 1.2.1. Giới thiệu các loại xúc tác phổ biến , chẳng hạn nhƣ oxit Crơ – – , ví dụ nhƣ Fe, Co, Ni, Pd, Pt, Ir hoặc sự kết hợp của chúng , palladi, Niken. 1.2.2. Điều kiện làm việc của xúc tác THDA cho sản xuất benzen từ chất thơm nặng. BTX. .[11] , bao gồm nhiệt độ từ khoảng 333,3 ° C đến khoảng 555,5 ° C (600 – 10000 oảng 50 đến 500 psig. 1.2.3. Đặc tính xúc tác - – tỷ lệ đáng kể của SiO2: Al2O3 70:30 đến 90:10. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001._.ồng. Cịn khối lƣợng thép CT3 cần mua để chế tạo các thiết bị cịn lại, đƣờng ống là 100 tấn với giá thị trƣờng thế giới là 500 USD/tấn. Vậy số tiền đầu tƣ cho thiết bị là: 800 + 100 x500 16.000 = 1600 triệu đồng. 1.4. Chi phí xây dựng và lắp đặt: Giả sử chi phí cho xây dựng phân xƣởng và lắp đặt thiết bị là 500 triệu VNĐ. 1.5. Thuế đất: Giá thuế đất hiện nay đối với đất nơng nghiệp là 5 triệu/ha năm. 5 x 2,0 = 10 triệu / năm. Giả sử phân xƣởng hoạt động trong 20 năm vậy chi phí cho thuế đất là. 10x 20 x 2,0 = 800 triệu VNĐ. 1.6. Chi phí cho quá trình chạy thử và hướng dẫn sử dụng thiết bị: Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 95 Giả sử hƣớng dẫn và cho phân xƣởng sản xuất hoạt động trong 3 ngày khoảng 50 triệu VNĐ. Vậy tổng chi phí cố định là: 100 + 700 + 1600 + 500 + 10 + 50 = 2960 triệu VNĐ. 2. Chi phí đầu tư khai thác: - Chi phí mua nguyên vật liệu. - Chi phí cho điện nƣớc. - Chi phí cho bộ phận quản lí doanh nghiệp. - Trả lƣơng cho cơng nhân và kỹ sƣ. - Chi phí bảo dƣỡng. - Chi phí cho những vấn đề về sự cố ngừng hoạt động. 2.1. Chi phí nguyên vật liệu: Bảng 39: Nguyên liệu cho quá trình sản xuất benzen [kg/h] [tấn/năm] Hydro 1653.1 13886.040 Metan 16.604 139.4736 Toluen 14770.17 124069.428 ∑ 16439.874 138094.94 Tổng nguyên liệu cho quá trình là: 138094.94 tấn/năm. Giả sử mức giá chung cho hai loại này là 1 triệu VNĐ/tấn thì chi phí mua nguyên vật liệu là: 138094.94 x 1,0 = 138094.94 triệu VNĐ/tấn. Tính cho một đơn vị sản phẩm là: triệu VNĐ/benzen. 38,1 100000 138094.94 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 96 2.2. Chi phí cho điện nước: + Nƣớc : Giả sử mỗi giờ phân xƣởng sử dụng nƣớc là 20 m3 nƣớc, giá nƣớc cơng nghiệp là 2800 Đ/m3. Vậy chi phí cho sử dụng nƣớc là : 20 .2800.24 .350 = 470.4 triệu VNĐ. + Điện : Giả sử mỗi giờ tồn phân xƣởng dùng 500 kw, sinh hoạt dùng 10kw. Vậy số điện sử dụng trong một năm là: (500 + 10)x24 350 = 4284000 kw. Giá điện cơng nghiệp hiện tại là 1200 Đ/kw. Vậy chi phí sử dụng điện là: 4284000 x 1200 = 5140,8 triệu đồng/năm. Tính cho một đơn vị sản phẩm là: 5140.8/100000 = 0.0514 triệu VNĐ/tấn benzen. Tổng chi phí nƣớc và điện: 470.4 + 5140.8 = 5611.2 triệu VNĐ 2.3. Tổng chi phí cho cơng nhân: - Trả lƣơng mức bình quân 3 triệu VNĐ/ngƣời : tháng - Tổng chi phí trả lƣơng cho cơng nhân trong 1 năm: 35x3x12 = 1260 Triệu VNĐ/năm. Hay 0.0126 triệu VNĐ/1 tấn benzen + Trích 20% theo lƣơng để trả bảo hiểm xã hội, bảo hiểm y tế... 1260 x 0,2 = 252 triệu VNĐ/năm. Hay 0,00252 triệu VNĐ / tấn benzen + Trả phụ cấp độc hại 10% lƣơng +10% cho các bụi. 1260×0,2 = 252 triệu VNĐ/năm. Hay 0,00252 triệu VNĐ/ tấn benzen. 2.4. Chi phí bảo dưỡng: Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 97 Giả sử chi phí bão dƣỡng một năm là 20 triệu. 2.5. Chi phí cho những vấn đề về sự cố ngừng hoạt động: 50 triệu. *Vậy tổng chi phí khai thác là: 138094.94 + 5611.2 + 1260 + 252 + 252 + 20 + 50 = 145540.14 triệu VNĐ / năm. 3. Vốn đầu tư lưu động (Doanh thu/ số vịng quay): + Lấy số vịng quay là 4. + Đơn giá bán thị trƣờng là 3,5 triệu VNĐ/tấn sản phẩm. Doanh thu = 100000 x 3,5 = 350000 triệu VNĐ/năm. Vốn đầu tƣ lƣu động = 87500 4 350000 triệu VNĐ/năm. 4. Tính khấu hao phân xưởng : - Để đơn giản, ta xem xét khấu hao tài sản bao gồm: + Khấu hao thiết bị 10%: 1600 0,1 = 160 triệu VNĐ/năm. + Khấu hao phân xƣởng 15%: 700 x 0,15 = 105 triệu VNĐ/ năm. - Tổng khấu hao tài sản cố định là: 265 triệu VNĐ/ tấn benzen. - Gọi các khấu hao khác chiếm 20% khấu hao tài sản cố định: 265 0,2 = 53 triệu VNĐ/năm. Hay 0.53 310 triệu VNĐ/ tấn sản phẩm. Tổng khấu hao phân xƣởng: 265 + 53 = 318 triệu VNĐ/năm. Hay 3.18x10 -3 triệu VNĐ/tấn benzen. 5. Tổng chi phí sản xuất chung: Chi phí nguyên liệu trực tiếp + chi phí nhân cơng + chí phí chung phân xƣởng, thể hiện ở bảng sau: Bảng 40: Chi phí sản xuất chung cho quá trình THDA Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 98 Các loại chi phí Tính một đơn vị sản phẩm (triệu đồng) Tính cho cả năm (triệu đồng) Chi phí nguyên liệu trực tiếp + Nguyên liệu chung + Điện + nƣớc 1.38 0.056 138094.94 5611.2 Chi phí nhân cơng + Lƣơng + Trích 20% đĩng bảo hiểm + 10% độc hại và 10% bụi 0.0126 0,00252 0,00252 1260 252 252 Chi phí sản xuất suất chung cho phân xƣởng + Khấu hao tài sản cố định + Chi phí khác 2.65×10 -3 0.53×10 -3 265 53 Chi phí bão dƣỡng và những sự cố + Bão dƣỡng + Sự cố 0.2×10 -3 0.5×10 -3 20 50 Chi phí sản xuất chung 1.4575 145858.14 6. Chi phí quản lý doanh nghiệp: - Giả sử chi phí quản lý doanh nghiệp chiếm 2% chi phí sản xuất chung. 0,02 x 145858.14 = 2917.1628 triệu VND/ năm. hay 0,029 triệu VND/tấn sản phẩm. - Tổng giá thành bằng tổng chi phí sản xuất chung cộng với chi phí tiêu thụ cộng với chi phí quản lý doanh nghiệp. (tổng giá thành xem bảng 37) Bảng 41: Tổng giá thành quá trình THDA STT Chi phí Cả năm (triệu VNĐ) Một đơn vị sản phẩm (triệu VND) 1 Chi phí sản xuất chung 145858.14 1.45858 2 Chi phí quản lý doanh nghiệp 2917.1628 0,029 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 99 3 Chi phí cố định 2960 0.0296 Tổng giá thành 151735.3 1.51718 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 100 Phần V TỰ ĐỘNG HỐ I. Khái niệm Mơ hình tự động hĩa trong dây chuyền cơng nghệ là quá trình sử dụng các dụng cụ, các thiết bị máy mĩc tự động. Chúng điều khiển sự hoạt động của các bộ phận trong dây chuyền cơng nghệ theo đúng yêu cầu đã đƣợc tạo dựng theo chế độ cơng nghệ của dây chuyền đĩ. II. Mục đích và ý nghĩa của tự động hĩa trong sản xuất Việc đƣa hệ thống mơ hình điều khiển tự động hố này vào trong dây chuyền cơng nghệ là nhằm làm cho các máy mĩc thiết bị hoạt động theo chế độ tối ƣu nhất, một cách chính xác nhất, tránh đƣợc sự cố trong thao tác điều khiển, bộ phận này tự động báo động khi cĩ sự cố xảy ra. Mặt khác, nhờ sự cơng dụng hệ thống tự động hố này vào trong dây chuyền cơng nghệ cho phép tránh sự nhầm lẫn, giảm số lƣợng cơng nhân làm việc trong nhà máy, đồng thời tăng năng suất lao động. Nhờ hệ thống tự động hố mà trong dây chuyền cơng nghệ cĩ những nơi sinh khí độc hại hay dễ gây cháy nổ... làm cho cơng nhân khơng thể điều khiển trực tiếp đƣợc, khi đĩ sử dụng hệ thống điều khiển tự động sẽ đảm bảo an tồn tính mạng cho cơng nhân . Nhƣ vậy, việc áp dụng hệ thống mơ hình điều khiển tự động trong dây chuyền cơng nghệ khơng chỉ là một vấn đề cần thiết mà cịn cĩ tính bắt buộc đối với cơng nghệ. III. Một số dạng tự động: Hệ thống tự động điều chỉnh bao gồm đối tƣợng (ĐT) điều chỉnh và bộ điều chỉnh (BĐC). Bộ điều chỉnh cĩ thể gồm: bộ cảm biến và bộ khuếch đại. + Bộ cảm biến: dùng để phản ánh sự sai lệch các thơng số điều chỉnh so với giá trị cho trƣớc và biến đổi thành tín hiệu. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 101 + Bộ khuếch đại: làm nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu của bộ cảm biến đến giá trị mà cơ quan điều khiển (CQĐK) cĩ thể điều chỉnh, cơ quan này tác động lên đối tƣợng nhằm xố đi độ sai lệch của các thơng số điều chỉnh. 1. Tự động kiểm tra và tự động bảo vệ: Tự động kiểm tra các thơng số cơng nghệ (nhiệt độ, áp suất, lƣu lƣợng, nồng độ...) kiểm tra các thơng số cơng nghệ đĩ cĩ thay đổi hay khơng? Nếu cĩ thì cảnh báo chỉ thị ghi lại giá trị thay đổi đĩ. §T CB B§K N CT G PL C 1 2 3 5 5.1 5.2 5.3 5.44 Hình 28: Sơ đồ tự động kiểm tra và tự động điều chỉnh Trong đĩ: 1 Đối tƣợng điều chỉnh 2 Cảm biến đối tƣợng 3 Bộ khuếch đại 4 Nguồn cung cấp năng lƣợng 5 Cơ cấu chấp hành 5.1 Cảnh báo 5.2 Chỉ thị bằng kim loại hoặc bằng số 5.4 Phân loại 5.3 Ghi lại sự thay đổi 2. Dạng tự động điều khiển: Sơ đồ cấu trúc: §T 1 CB 2 SS 3 4 N 5 B§ Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 102 Hình 29 : Sơ đồ tự động điều khiển Trong đĩ : 1. Đối tƣợng điều chỉnh. 2. Cảm biến đối tƣợng. 3. Bộ khuếch đại. 4. Nguồn cung cấp năng lƣợng. 5. Bộ đặc cho phép ta đặc tín hiệu điều khiển, nĩ là một tổ chức các tác động cĩ định hƣớng điều khiển tự động. 3. Dạng tự động điều chỉnh: Sơ đồ cấu trúc: §T CB SS BD CCCH B§K N Hình 30 : Sơ đồ tư động điều chỉnh Trong đĩ : ĐT Đối tƣợng điều chỉnh N Nguồn cung cấp năng lƣợng CB Cảm biến đối tƣợng BĐK Bộ so sánh SS Bộ khuếch đại CCCH Cơ cấu chấp hành. BD Bộ đặc 4. Dạng điều khiển phản hồi: Trong tất cả các dạng tự động điều khiển thƣờng sử dụng nhất là kiểu hệ thống tự động điều khiển cĩ tín hiệu phản hồi (mạch điều khiển khép kín). Giá trị thơng tin đầu ra của thiết bị dựa trên sự khác nhau giữa các giá trị đo đƣợc của biến điều khiển với giá trị tiêu chun. IV. Cấu tạo của một số thiết bị tự động: 1. Bộ cảm biến áp suất: Trong các bộ điều chỉnh thƣờng sử dụng bộ cảm ứng áp suất kiểu màng, hộp xếp, piston, ống cong đàn hồi...Việc chọn bộ cảm ứng áp suất phụ thuộc vào việc cảm ứng điều chỉnh và độ chính xác theo yêu cầu. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 103 p z Hình 31: Bộ cảm ứng suất kiểu màng Hình 32: Bộ cảm ứng kiểu hộp. 2. Bộ cảm ứng nhiệt độ: Hoạt động của bộ cảm ứng nhiệt độ dựa trên nguyên lý giãn nở nhiệt, mối quan hệ giữa nhiệt độ của chất khí và áp suất hơi bão hồ của nĩ trong hệ kín dựa trên nguyên lý nhiệt điện trở. 3. Bộ cảm ứng mức đo chất lỏng: Mức các chất lỏng cĩ thể đo đƣợc bằng nhiều cách khác nhau nhƣng phƣơng pháp đơn giản và cĩ độ chính xác cao là đo bằng phao. Hình 36: Cảm ứng nhiệt độ kiểu thanh lưỡng kim loại giãn nở Z Hình 34: Cảm ứng nhiệt độ kiểu màng Z Hình 33: Cảm ứng nhiệt độ kiểu hộp xếp Hình 35: Cảm ứng nhiệt độ kiểu điện trở Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 104 4. Bộ cảm biến lưu lượng: - Bộ cảm biến lƣu lƣợng đƣợc xây dựng trên sự phụ thuộc vào biểu thức sau: Q = f.V F : Diện tích của đƣờng ống dẫn. V: Tốc độ chất lỏng chảy trong ống dẫn theo định luật Becnuli S P V .2 Trong đĩ: S: Tỷ trọng của chất lỏng. P: Độ chênh lệch áp suất chất lỏng. - Nếu tỷ trọng khơng đổi thì lƣu lƣợng thể tích phụ thuộc vào hai thơng số là tiết diện f và độ chênh lệch áp suất P. Ta cĩ hai cách đo lƣu lƣợng: + Khi tiết diện khơng đổi đo lƣu lƣợng bằng độ chênh lệch áp suất trƣớc và sau thiết bị cĩ ống hẹp. + Khi độ chênh lệch áp suất khơng đổi đo điện tích tiết diện của ống dẫn xác định đƣợc lƣu lƣợng của dịng chảy. Hình 37: Kiểu phao Hình 38: Kiểu màng Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 105 V. Thiết kế mơ hình tự động hĩa 1. Các ký hiệu cơ bản trong thiết kế tự động hĩa (P&ID) Bảng 42: Các ký hiệu cơ bản trong thiết kế tự động hĩa (P&ID) Vị trí của thiết bị đo Thiết bị đo đặt tại nhà máy Thiết bị đo nằm ở trƣớc bảng điều khiển trong phịng điều khiển Thiết bị đo nằm ở sau bảng điều khiển trong phịng điều khiển Ý nghĩa của các ký tự Ký hiệu Từ đầu tiên (X) Từ thứ 2 hoặc thứ 3 (y) A Phân tích Báo động B Đèn đốt C Độ dẫn điện Điều khiển D Tỷ trọng, khối lƣợng riêng E Điện áp Bộ phận F Lƣu lƣợng H Tay Cao I Cƣờng độ dịng điện Chỉ dẫn J Năng lƣợng K Thời gian, thời gian biểu Bộ điều chỉnh L Mức Nhẹ, thấp M Độ ẩm, ẩm kế Ở giữa, phụ, trung gian O Cửa, độ mở P Áp suất, độ chân khơng Điểm Q Lƣợng, biến cố R Đọ phĩng xạ, hệ số Ghi âm, in S Tốc độ, tần xuất Cơng tắc XYY Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 106 T Nhiệt độ Truyền tải V Độ nhớt Van, bộ chống rung, cửa thơng hơi W Khối lƣợng Tốt Y Chuyển tiếp, tính tốn Z Đinh vị Vận chuyển Xác định các kết nối của thiết bị đo Ống mao dẫn Kiểu khí nén Điện Tù ®éng ®ãng khi mÊt tÝn hiƯu Tù ®éng më khi mÊt tÝn hiƯu C¬ cÊu chÊp hµnh C¬ cÊu ®iỊu chØnh Gi÷ nguyªn 2. Tự động hĩa trong phân xưởng THDA - Phân xƣởng THDA là phân xƣởng cĩ kết cấu khá đơn giản. Các thiết bị chính bao gồm lị phản ứng dạng ống chùm, tháp tách pha và tháp chƣng. Do vậy, thuận tiện cho quá trình tự động hĩa trong quá trình sản xuất. - Các thiết bị tự động hĩa sử dụng trong quá trình này chủ yếu là: + Van tự động + Thiết bị đo áp suất và nhiệt độ + Thiết bị đo mức chất lỏng + Thiết bi đo lƣu lƣợng dịng - Cụ thể, với bản vẽ PFD, các ký hiệu nhƣ sau: Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 107 PC C FIC LIC Điều khiển áp suất Điều khiển lƣu lƣợng dịng Điều khiển mức chất lỏng TIC Điều khiển nhiệt độ Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 108 Phần VI AN TỒN LAO ĐỘNG TRONG PHÂN XƯỞNG I. Mục đích Hiên nay, “ an tồn lao động” vẫn là vấn đề hàng đầu mà mọi ngành nghề quan tâm. Xã hội càng phát triển thì giá trị con ngƣời càng đƣợc đề cao, đơn giản là vì khơng máy mĩc nào cĩ thể thay thế đƣợc con ngƣời. Đặc biệt là trong cơng nghiệp hĩa chất, chi phí đầu tƣ cho an tồn lao động là khơng hề nhỏ (40% chi phí vận hành). Vậy để thực hiện tốt cơng tác đảm bảo an tồn trong sản xuất, trƣớc tiên phải hiểu rõ nguyên nhân của tai nạn lao động. Đĩ thƣờng là các nguyên nhân sau: 1. Nguyên nhân do kỹ thuật. Nguyên nhân này phụ thuộc chủ yếu vào tình trạng máy mĩc, thiết bị đƣờng ống, nơi làm việc...nhƣ: + Sự hƣ hỏng các máy mĩc chính và các dụng cụ, phụ tùng. + Sự hƣ hỏng các đƣờng ống + Các kết cấu thiết bị, dụng cụ, phụ tùng khơng hồn chỉnh. + Khơng bảo đảm khoảng cách an tồn giữa các máy mĩc. + Thiếu rào chắn, ngăn che. 2. Nguyên nhân do tổ chức. Nguyên nhân này phụ thuộc vào việc tổ chức hoặc giao nhận cơng việc khơng đúng quy định bao gồm: + Cơng tác tuyên truyền kém + Vi phạm quy tắc quy trình kỹ thuật. + Tổ chức lao động, chỗ làm việc khơng đúng yêu cầu. + Giám sát kỹ thuật khơng đầy đủ. + Vi phạm chế độ làm việc. + Sử dụng lao động khơng đúng ngành nghề, chuyên mơn. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 109 + Ngƣời lao động chƣa nắm vững đƣợc điều lệ, quy tắc an tồn trong lao động. 3. Nguyên nhân do vệ sinh. + Mơi trƣờng khơng khí bị ơ nhiễm. + Điều kiện khí hậu khơng thích nghi. + Cơng tác chiếu sáng và thơng giĩ khơng đƣợc tốt. + Tiếng ồn và chấn động mạnh. + Vi phạm điều lệ vệ sinh cá nhân. II. Cơng tác đảm bảo an tồn lao động. 1. Cơng tác giáo dục tư tưởng: + Cơng tác bảo hộ lao động mang tính chất quần chúng, vì vậy cơng tác này phần lớn là do quần chúng tự giác thực hiện. Phân xƣởng phải thƣờng xuyên giáo dục để mọi ngƣời thấm nhuần các nội quy của nhà máy về cơng tác bảo hộ lao động. + Đồng thời thƣờng xuyên kiểm tra thực hiện quy định, an tồn khi thao tác, kịp thời giải quyết các sự cố xảy ra. 2. Trang bị phịng hộ lao động. Trong nhà máy, nhất là trong phân xƣởng sản xuất hĩa chất việc cấp phát đầy đủ các trang thiết bị về an tồn lao động nhƣ quần áo, giầy, mũ, găng tay là cần thiết. Đây là yếu tố ngăn ngừa các tai nạn lao động và các bệnh nghề nghiệp. Đồng thời cịn nhắc nhở thƣờng xuyên việc kiểm tra thực hiện của cơng nhân trong vấn đề này. 3. Các biện pháp kỹ thuật được xem là quan trọng nhât, cụ thể là: - Thực hiện nghiêm chỉnh chế độ bảo dƣỡng máy mĩc đúng định kỳ. - Trang bị đầy đủ các cơng cụ sản xuất đúng tiêu chuẩn kỹ thuật - Các cơng cụ thiết bị điện phải che chắn đúng kỹ thuật, đảm bảo an tồn. - Các hệ thống chuyển động, nhƣ mơtơ phải bao che chắc chắn - Kiểm tra nguyên vật liệu trƣớc khi đƣa vào sản xuất. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 110 - Trang bị và bảo dƣỡng thƣờng xuyên các van, bộ phận động. - Thƣờng xuyên kiểm tra ống dẫn nguyên liệu và sản phẩm - Tuyệt đối tuân theo các yêu cầu chung - Sử dụng các hố chất dễ cháy nổ, gây bỏng phải tuyệt đối cẩn thận. 4. Cơng tác vệ sinh. - Cần làm tốt vệ sinh lao động để tránh những bệnh nghề nghiệp. - Trong quá trình sản xuất phải cĩ hệ thống thơng giĩ, chiếu sáng cho phân xƣởng. + Hệ thống thơng giĩ: Trong quá trình vận hành máy mĩc cĩ sự phân nhiệt, phát sinh nhiệt, cĩ các khí độc hại, do đĩ phải cĩ biện pháp thơng giĩ, cho từng cơng đoạn, ngồi thơng giĩ tự nhiên cần bố trí hệ thống hút giĩ (quạt giĩ loại 4000m3/h) + Hệ thống chiếu sáng: Cần đảm bảo yếu tố sáng tự nhiên và nhân tạo để tạo điều kiện cho cơng nhân làm việc đƣợc thoải mái và năng suất cao, chính xác, tránh đƣợc bệnh nghề nghiệp. Khi làm việc ca đêm cần phải đảm bảo ánh sáng cho phân xƣởng. + Hệ thống vệ sinh cá nhân: Phân xƣởng cĩ khu vệ sinh ở mỗi tầng, gồm cĩ phịng thay quần áo, tắm rửa, vệ sinh đảm bảo sức khoẻ cho cơng nhân sản xuất. + Tiêu hao nƣớc sinh hoạt do cơng nhân phân xƣởng lấy trung bình 8m 3/ngƣời/tháng. Nhƣ vậy một năm tiêu thụ lƣợng nƣớc là 8x12 = 96m 3/ngƣời/năm. → Nhƣ vậy để nâng cao năng suất lao động đem lại hiệu quả kinh tế cho xã hội cần phải chăm lo đến cuộc sơng sức khoẻ và nhu cầu của ngƣời lao động. Điều kiện làm việc thoải mái, sức khoẻ đảm bảo sẽ giúp cho mọi ngƣời hăng hái trong lao động sản xuất. 5. Yêu cầu vệ sinh đối với mặt bằng nhà máy - Mặt bằng của nhà máy phải đảm bảo điều kiện thải các chất độc thuận lợi nhƣ vậy thì mặt bằng phải đủ cao mới tiêu nƣớc dễ dàng và tránh hiện tƣợng ngấm nƣớc từ ngồi vào. - Mặt bằng phải chú ý đến hƣớng giĩ và hƣớng mặt trời. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 111 - Các bộ phận sản xuất cĩ bụi, khí độc, cĩ tiếng ồn cần bố trí cuối hƣớng giĩ. - Bố trí hƣớng nhà máy theo hƣớng mặt trời sao cho chống nắng tốt nhƣng điều kiện chiếu sáng tự nhiên là tốt nhất. III. Yêu cầu về phịng chống cháy nổ trong nhà máy Phịng cháy nổ là một vấn đề hết sức quan trọng của ngành dầu mỏ, vì trong các nhà máy chế biến dầu mỏ cĩ rất nhiều nguồn nhiên liệu dễ gây ra cháy nổ. Do vậy, trong nhà máy cần chú ý các biện pháp phịng chống cháy nổ nhằm đạt hiệu quả cao nhất khi cĩ sự cố xảy ra. Các biện pháp phịng cháy trong nhà máy: Phải cĩ các thiết bị phịng cháy đặt cố định trên các bể chứa , khi cĩ sự cố về cháy nổ xảy ra nĩ tự động làm việc và các thiết bị lƣu động nhằm hỗ trợ với các thiết bị cố định nhằm dập tắt ngay sau khi cĩ cháy nổ xảy ra. Đối với các nhà máy hố chất thì phải cĩ nhà cứu hoả và bộ phận cứu hoả thƣờng trực. Nhà cứu hoả là nơi cất giữ các phƣơng tiện, dụng cụ phịng và chữa cháy. Nhà cứu hoả phải đặt ở vị trí thuận tiện để sử dụng nhanh nhất khi cĩ sự cố xảy ra. Thiết bị trong phân xƣởng làm việc ở điều kiện áp suất cao, sản phẩm và nguyên liệu là các chất dễ gây ra cháy nổ. Do vậy phải cĩ khoảng cách giữa các nhà xƣởng thích hợp nhằm đảm bảo an tồn cho ngƣời thi hành cơng việc cũng nhƣ đảm bảo hạn chế ảnh hƣởng đến các thiết bị khác. Nhà xƣởng phải thống, cần chú ý đến hƣớng giĩ. Đối với mọi ngƣời khi ra vào nhà máy phải xuất trình giấy tờ và khơng đƣợc mang chất gây nổ, chất dễ cháy vào nhà máy và phải đƣợc sự đồng ý của ban bảo vệ mới đƣợc vào khu vực nhà máy, những ngƣời khơng cĩ nhiệm vụ khơng đƣợc vào khu vực nhà máy. Đối với cơng nhân viên, phải thực hiện đúng quy định về an tồn lao động, cơng nhân phải học tập đào tạo về an tồn cháy nổ trƣớc khi vào nhà máy. Phải kiểm tra định kỳ về kiến thức an tồn để học hỏi thêm kiến thức cho cơng nhân viên trong nhà máy. Trong nhà máy khơng dùng nguồn lửa hở, khơng hút thuốc lá trong khi làm việc, Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 112 khơng đi lại bằng giầy đinh vì dễ gây ra chớp lửa dẫn đến cháy nổ. Khơng mang theo các vật liệu cháy nổ vào nơi làm việc nhằm đảm bảo cho tối đa an tồn về cháy nổ. Nhƣ chúng ta đã biết nguyên liệu cũng nhƣ sản phẩm của quá trình THDA hĩa đều dễ bị cháy nổ. Vì vậy vấn đề cần quan tâm là phịng chống cháy nổ. Dƣới đây là những yêu cầu về cháy nổ. 1. Phịng chống cháy. Để phịng chống cháy phải thực hiện các biẹn pháp sau đây: + Ngăn ngừa những khả năng tạo ra mơi trƣờng cháy. + Ngăn ngừa những khả năng xuất hiện những nguồn cháy trong mơi trƣờng cĩ thể cháy đƣợc. + Duy trì nhiệt độ của mơi trƣờng thấp hơn nhiệt độ cho phép lớn nhất cĩ thể cháy đƣợc. + Duy trì áp suất của mơi trƣờng thấp hơn áp suất cho phép lớn nhất cĩ thể cháy đƣợc. 2. Ngăn ngừa khả năng xuất hiện những nguồn gây cháy. Để ngăn ngừa khả năng xuất hiện những nguồn gây cháy trong mơi trƣờng cháy phải tuân theo những quy tắc về: + Nồng độ cho phép của các chất cháy ở dạng khí, hơi hoặc dạng lơ lửng trong khơng khí. Nĩi cách khác là phải tiến hành quá trình ngồi giới hạn cháy nổ của hỗn hợp hydrocacbon với khơng khí và oxi. + Nồng độ cần thiết của các chất giảm độ nhạy trong chất cháy ở dạng khí, hơi hoặc lỏng. 3. Ngăn ngừa khả năng xuất hiện những nguồn cháy. + Tuân theo những quy định về sử dụng, vận hành và bảo quản máy mĩc, thiết bị cũng nhƣ vật liệu và các sản phẩm khác cĩ thể là nguồn cháy trong mơi trƣờng cháy. + Sử dụng thiết bị phù hợp với loại gian phịng sử dụng và các thiết bị bên ngồi phù hợp với nhĩm và hạng của các hỗn hợp nguy hiểm cháy nổ. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 113 + áp dụng quy trình cơng nghệ và sử dụng thiết bị bảo đảm khơng phát sinh ra tia lửa điện. + Cĩ biện pháp chống sét, nối đất cho nhà xƣởng, thiết bị. + Quy định nhiệt độ nung nĩng cho phép lớn nhất của bề mặt thiết bị, sản phẩm, vật liệu tiếp xúc với mơi trƣờng cháy. + Sử dụng những thiết bị khơng phát ra tia lửa điện khi làm việc với những chất dễ cháy nổ. + Loại trừ những điều kiện cĩ thể dẫn đến tự cháy do nhiệt độ, do tác dụng hĩa học và do vi sinh vật đối với các vật liệu và kết cấu của cơ sở sản xuất 4. Những biện pháp tổ chức để đảm bảo an tồn cháy nổ. Để đảm bảo an tồn cháy nổ cần thực hiện những biện pháp sau đây: + Trƣớc khi giao việc phải tổ chức cho cơng nhân và những ngƣời cĩ liên quan học tập về cơng tác an tồn cháy nổ. Đối với những mơi trƣờng làm việc đặc biệt nguy hiểm về cháy nổ thì cán bộ và cơng nhân cần đƣợc cấp giấy chứng nhận và định kỳ kiểm tra lại. + Mỗi phân xƣởng, xí nghiệp phải xây dựng các tiêu chuẩn quy phạm, nội quy an tồn phịng và chữa cháy thích hợp. + Định kỳ tổ chức kiểm tra việc thực hiện các quy định về phịng cháy, chữa cháy và bảo quản các phƣơng tiện phịng, chữa cháy. + Xây dựng các phƣơng án chữa cháy cụ thể, cĩ kế hoạch phân cơng cho từng ngƣời, từng bộ phận. + Cách ly mơi trƣờng cháy với các nguồn gây cháy phải đƣợc thực hiện bằng các biện pháp sau đây: - Cơ khí hĩa, tự động hĩa các quá trình cơng nghệ cĩ liên quan đến sử dụng vận chuyển những chất dễ cháy. - Đặt các thiết bị nguy hiểm về cháy nổ ở nơi riêng biệt hoặc ở ngồi trời. - Sử dụng những thiết bị sản xuất, bao bì kín cho những quá trình dễ cháy nổ. - Sử dụng những ngăn, khoang, buồng cách ly cho những quá trình dễ cháy nổ. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 114 Bên cạnh những tai nạn cĩ thể xảy ra do cháy nổ thì cịn một vấn đề cần đƣợc quan tâm đĩ là “Độc tính của các hĩa chất và cách phịng chống”. Nhƣ chúng ta đã biết hầu hết các hĩa chất trong những điều kiện nhất định đều cĩ thể gây tác hại đến cơ thể con ngƣời. Cĩ thể phân chia các hĩa chất nhƣ sau: + Nhĩm 1: Gồm những chất cĩ tác dụng làm cháy hoặc kích thích chủ yếu lên da và niêm mạc nhƣ: amoniac, vơi... + Nhĩm 2: Gồm những hĩa chất kích thích chức năng hơ hấp. - Những chất tan đƣợc trong nƣớc: NH3, Cl2, CO2.. - Những chất khơng tan đƣợc trong nƣớc: NO3, NO2,... + Nhĩm 3: Những chất gây độc cho máy, làm biến đổi động mạch, tủy xƣơng. Làm giảm các quá trình sinh bạch cầu nhƣ: benzen, toluen, xilen... Những chất làm biến đổi hồng cầu thành những sắc tố khơng bình thƣờng nhƣ các amin, CO, C6H5NO2... + Nhĩm 4: Các chất độc đối với hệ thần kinh nhƣ: xăng, H2S, chỉ số độ nhớt, anilin, benzen... Qua quá trình nghiên cứu ngƣời ta đề ra các phịng tránh nhƣ sau: + Trong quá trình sản xuất phải chú ý đảm bảo an tồn cho các khâu đặc biệt là tháo, nạp sản phẩm, lọc, sấy, nghiền là những khâu mà cơng nhân thƣờng phải tiếp xúc trực tiếp. + Duy trì độ chân trong sản xuất. + Thay những chất độc đƣợc sử dụng trong những quá trình bằng những chất ít đọc hại hơn nếu cĩ thể. + Tự động hĩa, bán tự động những quá trình sử dụng nhiều hĩa chất độc hại. + Bên cạnh những biện pháp kỹ thuật thì ngƣời lao động cần đƣợc học tập về an tồn và phải cĩ ý thức tự giác cao. IV. Các yêu cầu về an tồn giao thơng trong nhà máy: Trong nhà máy cĩ rất nhiều đƣờng giao thơng vì vậy việc bố trí cho đƣờng đi lại phải đảm bảo khoa học khơng để xảy ra tai nạn, đảm bảo cho việc đi lại khi cĩ sự Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 115 cố cháy nổ xảy ra. Muốn đạt tốt điều đĩ cần bố trí đƣờng đi lại trong nhà máy cho hợp lý. Để đảm bảo chữa cháy tốt thì đƣờng phải dẫn về bất kỳ phân xƣởng nào cả hai phía. Nhà máy cần bố trí để xe chữa cháy cĩ thể ra vào bốn phía, cửa tối thiểu cho xe là 6 m. Nếu nhƣ đƣờng cụt thì phải cĩ bãi quay xe, mỗi bề rộng là 12 m. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 116 Kết luận Trên đây là tồn bộ nội dung đồ án tơi đã hồn thành trong thời gian nghiên cứu tại trƣờng đại học Bách Khoa – Hà Nội. Tên đề tài là “Thiết kế phân xưởng hydrodealkyl hĩa toluen sản xuất benzen” năng suất 100000 tấn/năm. Đƣợc sự giúp đỡ chỉ dẫn tận tình và chu đáo của cơ giáo PGS-TS Phạm Thanh Huyền, cùng với sự nỗ lực tìm tịi tài liệu và nghiên cứu của bản thân, nay tơi đã hồn thành bản đồ án đúng hạn. Thơng qua đồ án này, tơi đã hiểu thêm nhiều về các quá trình cơng nghệ hĩa học nĩi chung, và đặc biệt là quá trình “hydrodealkyl hĩa toluen sản xuất benzen.” Đề tài của tơi nghiên cứu về quá trình hydrodealkyl hĩa toluen dƣới tác dụng của nhiệt. Tên tiếng anh là “Thermal hydrodealkyl of toluen - THDA”. Sau thời gian nghiên cứu, tơi đã hiểu rõ về cơng nghệ mới mẻ này. Về cơ bản, điều kiện cơng nghệ nhƣ sau: + Nguồn nguyên liệu là hydro và toluen cĩ độ tinh khiết cao + Ngồi sản phẩm chính là Benzen thì sản phẩm phụ chủ yếu là hỗn hợp khí hydro và metan. + Nhiệt độ phản ứng là 6200C, áp suất 4.3 Mpa, tỉ lệ khí hydro / RH trong nguyên liệu là 4 Đây là cơng nghệ cịn mới tại Việt Nam. Song, sơ đơ vận hành khá đơn giản, qui mơ nhỏ mà hiệu suất sản phẩm benzen rất cao (98%), chi phí đầu tƣ và vận hành thấp. Cĩ thể nĩi đây là cơng nghệ rất triển vọng cho tƣơng lai ngành hĩa dầu sau này. Bên cạnh đĩ, dƣới sự chỉ dẫn của cơ Phạm Thanh Huyền, tơi đã nghiên cứu và hồn thiện đề tài theo phƣơng pháp hồn tồn mới, tiếp cận kịp thời với cơng nghệ hiện nay. Các sơ đồ trong đồ án đƣợc vẽ theo bản vẽ PFD. Đây là bản vẽ đƣợc dùng phổ biến cho các nhà máy hĩa học hiện nay, hay nĩi cách khác: PFD là ngơn ngữ chung của các kỹ sƣ hĩa. Trong quá trình tính tốn và thiết kế sơ đồ cơng nghệ, tơi đƣợc học cách thiết kế sơ đồ trên phần mềm HYSYS_một phần mềm chuyên tính tốn và mơ phỏng cơng nghệ trên máy tính. Khĩa học này hồn tồn Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 117 khơng cĩ trong dự tính, mà nảy sinh trong quá trình nghiên cứu. Ý tƣởng này của cơ đã giúp tơi thực hiện đề tài nhanh chĩng và hiệu quả hơn rất nhiều. Tơi nhận thấy: Trong các nhà máy hiện nay, khơng thể thiếu các quá trình bán tự động và tự động hĩa. Việc tiếp cận phần mềm tính tốn HYSYH, sẽ cho tơi kinh nghiệm làm việc tốt hơn sau này. Bản đồ án này đã đƣợc hồn thành, nhƣng vì điều kiện thời gian, cũng nhƣ tài liệu tham khảo cịn hạn chế, nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu cũng hồn tồn mới, hơn nữa ở Việt Nam ngành hố dầu là một trong những ngành cơng nghiệp cịn trẻ, bƣớc đầu làm quen với cơng tác thiết kế phân xƣởng cho nên chắc hẳn cịn thiếu sĩt là điều khơng thể tránh khỏi. Vậy tơi rất mong đƣợc sự chỉ bảo cùng những ý kiến đĩng gĩp của các thầy cơ và các bạn đồng nghiệp để bản đồ án đƣợc hồn thiện hơn. Cuối cùng, tơi xin chân thành bày tỏ lịng biết ơn tới các thầy cơ giáo trong Bộ mơn Cơng nghệ Hố dầu - Hữu cơ và các bạn. Đặc biệt là cơ giáo PGS-TS Phạm Thanh Huyền đã tận tình giúp đỡ tơi hồn thành bản đồ án này. Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 7 tháng 7 năm 2010 Sinh viên thực hiện Nguyễn Xuân Dũng TÀI LIỆU THAM KHẢO - [1] Alexandre C. Dimian - Integrated Design and Simulation of Chemical Processes - [2] – – - - [3] Robert A. Meyers, McGraw-Hill - Handbook of petroleum refining processes Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 118 - [4] Mare G. NobbenhuiS, Tamas Mallat, Affous BaiKer - Applied CatalysisaA: General 108 (1994) 241 – 260 - [5] - - [6] Nguyễn Minh Châu - Hĩa hữu cơ - Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Qui Nhơn. 1995 - [7] Nguyễn Thị Thanh - Hĩa hữu cơ. Tập 2 – Hợp chất hữu cơ mạch vịng - Nhà xuất bản Giáo Dục. 1998. - [8] Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khuơng, Hồ Lê Viên - Sổ tay quá trình và thiết bị cơng nghệ hĩa chất. Tập 1 - Nhà xuất bản Khoa Học và Kỹ Thuật. 1992. - [9] - [10] - [11] - [12] - [13] hydrodealkylation/ - – – - [15] Sổ tay quá trình và thiết bị cơng nghệ hĩa chất_Tập 2 – Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật. - [16] Sổ tay quá trình và thiết bị cơng nghệ hĩa chất_Tập 1 – Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật PHỤ LỤC Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 119 ._.