Đồ án Phân xưởng sản xuất β- Naphtol

25% và 65%. Hai loại ôleum này ở điều kiện thường có dạng lỏng nên rất dễ sử dụng. Phản ứng sunfo hoá bằng ôleum được biễu diễn như sau: + SO3 - Ankyl hoá Naphtalen có thể tham gia phản ứng ankyl hoá dưới tác dụng của xúc tác Fridel-Crafs hoặc xúc tác với axit mạnh ở nhiệt độ cao với Ankyl halogen,ancol, ôlefin với sự ưu tiên tạo thành dẫn xuất -ankyl naphtalen AlCl3 CH3 + CH3Cl + HCl - Axyl hoá Phản ứng axyl hoá naphtalen sẽ cho một hỗn hợp thế -axyl naphtalen và -axyl naphtalen , tỷ lệ của chúng tuỳ thuộc dung môi sử dụng: O O C CCl4 AlCl3 CH3 CH3 O C CH3 Cl + + C (25%) (75%) O CH3 C O CH3 Cl + C6H5NO2 AlCl3 C b) Phản ứng khử : Naphtalen có thể bị khử bởi Na trong rượu hay Na trong NH3 lỏng tạo ra 1,4 dihydrô naphtalen Na NH3 lỏng, C2H5OH (1, 4 đihdro naphtalen) c) Phản ứng oxy hoá -Khi oxy hoá naphtalen trong pha lỏng tuỳ thuộc tác nhân oxy hoá khác nhau mà thu được hoặc 1,4 naphtoquinon hoặc axit phtalic COOH O COOH O (1, 4 naphtoquinon) (Axit phtalic) -Khi oxy hoá naphtalen trong pha khí với không khí và sử dụng xúc tác vanadipentoxyt (V2O5) ta sẽ nhận được axit phtalic, axit này dễ dàng bị dehydrat hoá cho ta anhydrit phthalic- một nguyên liệu quan trọng của công nghiệp sơn và chất dẻo O + CO2 + H2O + 4O2 V2O5 100oC C O C + O (anhydrit phthalic) d) Phản ứng cộng Khử Naphtalen trong nồi cao áp ở nhiệt độ cao và có Ni bột làm chất xúc tác, cũng tuỳ thuộc vào điều kiện phản ứng mà thu được các sản phẩm di hydrô, tetra hydrô(tetralin) và deca hydrô naphtalen (decalin) được sử dụng nhiều trong công nghiệp; là phụ gia cho xăng xe máy, dùng làm dung môi Ni H2, P, to Decalin III.1.2. Sản xuất Naphtalen [1]. Nguyên liệu chủ yếu của quá trình sản xuất naphtalen là nhựa than đá, phần cặn của quá trình sản xuất cốc với hàm lượng naphtalen khoảng 10%. Người ta chưng cất phân đoạn có nhiệt độ sôi từ 210-2200C. Nếu sản xuất naphtalen kỹ thuật (Tnc=78,50C) thì ta chỉ cần chưng cất lại là đủ. Để thu được naphtalen có hàm lượng sunfo thấp (100 ppm) người ta tinh chế phân đoạn có nhiệt độ 210-2200C nói trên bằng phương pháp hydro hoá với xúc tác coban-molipđen ở áp suất 1,4 MPa khi đó benzothiophen bị chuyển hoá thành H2S và Etylbenzen, còn các hợp chất hữu cơ khác sẽ bị hydrocracking thành các hợp chất phân tử thấp hơn và có thể tách được bằng phương pháp chưng cất. Naphtalen còn được sản xuất từ phần cặn của hỗn hợp sản phẩm Refocminh gazôlin nhờ xúc tác có chứa nhiều metylnaphtalen, chất này được hyđrodeankyl hoá để trở thành naphtalen, tương tự cách chuyển hoá toluen thành benzen [4]. + CH4 H2, 580-760oC XT Co-Mo CH3 Ngoài ra chúng ta còn tổng hợp naphtalen bằng cách loại H2 của hợp chất đa vòng vừa thơm, vừa no; vừa thơm, vừa không no. Và các hợp chất này thường được gọi là hidrô arômatic Pd, to + 3H2 II.1.3. Các ứng dụng của Naphtalen [1],[9]. Dẫn xuất chủ yếu của naphtalen là anhydrit phtalic (do naphtalen bị oxy hoá) O O C O2, V2O5 350-400oC + CO2 + H2O O C Anhydrit phtalic Anhydrit phtalic là sản phẩm trung gian của công nghiệp chất dẻo. Naphtalen thường được dùng làm thuốc chống nhậy (băng phiến), sản xuất thuốc diệt mọt, thuốc trừ sâu carbaryl. Một lượng lớn naphtalen bao gồm các sản phẩm trung gian cho nghành sản xuất thuốc nhuộm (- naphtol), những chất màu họ anilin và các chất họ chàm. Naphtalen sunfo axit được sử dụng làm chất hoạt động bề mặt. Sản phẩm ngưng tụ của naphtalen sunfo axit với formandehyt được sử dụng lam tác nhân trở nhuộm,thuộc da, làm chất phân tán và chất siêu dẻo cho bê tông. Muối kim loại kiềm thổ của sunfonat dinonyl naphtalen là chất phụ gia quan trọng của dầu bôi trơn cũng sản xuất từ naphtalen. Naphtalen là nguyên liệu để tổng hợp tetralin và decalin làm dung môi. Ngoài ra nạphtalen còn có rất nhiều ứng dụng khác. II.2. Axit sunfuric (H2SO4) II.2.1.Tính chất vật lý [10]. Axit sunfuric là chất lỏng không màu, nhớt và hút ẩm; khi đun nóng phân huỷ một phần giải phóng SO3 và phân huỷ hoàn toàn ở nhiệt độ cao. Axit sunfuric có khả năng trộn lẫn vô hạn với nước. Dung dịch loãng là axit mạnh; dung dịch đặc thụ động một số kim loại như Be, Bi, Co, Fe, Mg, Nb Axit sunfuric là chất oxy hoá mạnh khi dung dịch đậm đặc, yếu khi dung dịch loãng. Axit khan là dung môi không nước đối với sunfat kim loại, hoà tan nhiều H2Cr2O7 và SO3. Axit sunfuric có khối lượng phân tử M = 98,08 kg/kmol; Ts = 336,60C; với thành phần đẳng phí là 98,3% H2SO4 thì nhiệt độ đẳng phí là 336,3oC, tỷ trọng d420=1,834 g/cm3; nhiệt độ kết tinh là -10oC, nhiệt dung riêng đẳng áp ở 20oC là Cp20 = 0,338 kcal/kg độ, nhiệt độ nóng chảy đối với axit khan là 25 kcal/kg, nhiệt bay hơi là 122 kcal/kg. Axit sunfuric là một axit vô cơ mạnh, H2SO4 ở thể hơi thì rất độc, dung dịch đặc sẽ gây bỏng nặng. Axit khan háo nước và khi hoà tan thì toả nhiệt mạnh. II.2.2. Tính chất hoá học [11]. Axit sunfuric có những tính chất hoá học chủ yếu sau: axit mạnh, oxi hoá, sunfo hoá và hydrat hoá. Trong dung dịch nước, axit H2SO4 là axit mạnh ở nấc điện li đầu tiên, nấc thứ hai nó điện li yếu hơn. H2SO4 H+ + HSO4- HSO4- H+ + SO42- K=10-2 Axit sunfuric đặc, nóng oxi hoá được cả những kim loại kém hoạt động như đồng, bạc, thuỷ ngân và sản phẩm sự khử H2SO4 là SO2 VD: Cu + H2SO4 CuSO4 + SO2 + H2O Với các kim loại hoạt động, sản phẩm sự khử axit sunfuric ngoài SO2 còn tạo thành S, H2S. Mg + 2H2SO4 MgSO4 + SO2 + 2H2O 3Mg + 4H2SO4 3MgSO4 + S + 4H2O 4Mg + 5H2SO4 4MgSO4 + H2S + 4H2O Axit sunfuric có nồng độ lớn hơn 65%, nguội không tác dụng với Fe. Với một số phi kim như P, S, C bị axit sunfuric đặc nóng oxi hoá đến oxit hoặc axit tương ứng. S + 2H2SO4 3SO3 + 2H2O Tính chất sunfo hoá các hợp chất hữu cơ vòng thơm của axit sunfuric đặc thể hiện ở phản ứng: ArH + 2H2SO4 ArSO3H + H3O+ + HSO4- Cuối cùng axit sunfuric đặc là tác nhân hydrat hoá, nó có thể hoá than gluxit. (C6H10O5) n + H2SO4 6nC + H2SO4.5nH2O Do đó cần phải cẩn thận khi làm việc với axit sunfuric đặc, nếu bị axit sunfuric dây vào da cần rửa nhanh bằng một lượng nước lớn. Trái với axit đặc, axit H2SO4 loãng không tác dụng với phi kim, chỉ phản ứng với những kim loại có thế khử âm và sản phẩm sự khử axit là khí H2. Zn + H2SO4 ZnSO4 + H2 III.2.2. Sản xuất axit sunfuric [12]. Có 3 phương pháp sản xuất axit sunfuric, đó là: Phương pháp phòng chì, phương pháp tháp, phương pháp tiếp xúc. Nhưng phương pháp tiếp xúc được sử dụng rộng rãi vì có năng suất lớn, nồng độ sản phẩm cao, có thể chế tạo được ôleum sản xuất tinh khiết. Dù sản xuất H2SO4 theo phương pháp nào thì quá trình sản xuất cũng gồm 3 giai đoạn: chế tạo SO2, chuyển hoá SO2 thành SO3 và hấp thụ SO3 để tạo thành H2SO4. Sản xuất H2SO4 theo phương pháp tiếp xúc [9]. Chuẩn bị nguyên liệu Sản xuất khí SO2 Tinh chế khí SO2 Oxi hoá SO2 thành SO3 Hấp thụ khí SO3 Hoàn thành sản phẩm - Tinh chế SO2: Trong công nghiệp, SO2 thường được sản xuất từ S nguyển tố, các khoán sunfit, từ H2S trong khí tự nhiên thông qua phản ứng đốt cháy với oxi không khí: S + O2 SO2 - Sản xuất SO3: V2O5 Khí SO3 được sản xuất từ khí SO2 chủ yếu là oxi hoá có xúc tác được thực hiện theo phản ứng: 400 – 600 0C SO2 + O2 SO3 - Hấp thụ SO3 để tạo H2SO4: SO3 + H2O H2SO4 Theo phương pháp này, sản phẩm thu được có nồng độ đậm đặc hơn theo ý muốn và có độ tinh khiết cao. Tuy nhiên so với phương pháp khác thì đầu tư cơ bản lớn hơn. III.3. Hydroxit natri (NaOH) III.3.1. Tính chất vật lí và hoá học [10] a) Tính chất vật lí NaOH là xút có màu trắng, hút ẩm, nóng chảy và khi sôi không phân huỷ. NaOH tan nhiều trong nước (toả nhiều nhiệt) tạo môi trường kiềm mạnh trong dung dịch, làm giảm mạnh độ tan của nhiều muối natri trong nước, không tan trong amoniac lỏng. NaOH có khối lượng phẩn tử Mr = 40 kg/kmol, Tnc=321oC, Ts = 1390oC, tỷ trọng d420 = 2,13 g/cm3. xút là chất ăn mòn da rất mạnh. b) Tính chất hoá học Thể hiện tính chất của hydro xit bazơ: -Tác dụng với axit 2NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + H2O -Tác dụng với oxit axit (như CO2, SO2) 2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O -Tác dụng với phi kim (như Cl2, Br2, I2) 2NaOH + Cl2 = NaCl + NaClO + H2O -Tác dụng với kim loại 2NaOH + 2Al + 2H2O = 2NaAlO2 + 3H2 -Tác dụng với hydro xit lưỡng tính (như Al(OH)3, Zn(OH)2) NaOH + Al(OH)3 = NaAlO2 + 2H2O III.3.2. Sản xuất natri hydroxit [13]. Có rất nhiều phương pháp để sản xuất NaOH, nhưng chúng ta chọn phương pháp điện phân. Cho hơi nước qua NaCl nóng chảy, tiến hành phản ứng: NaCl + H2O(h) = NaOH + HCl Quá trình tiến hành khi nhiệt độ 1800oC, độ chuyển hoá 10%. III.4. Natriclorua (NaCl) III.4.1. Tính chất vật lí và hoá học của NaCl a) Tính chất vật lí [14] NaCl có vị mặn, dễ tan trong nước và dung dịch trong nước của muối hầu như điện li hoàn toàn, có nhiệt độ nóng chảy cao và dẫn điện khi nóng chảy. NaCl là hợp chất ion, tinh thể mạng lập phương tâm diện, khi nóng chảy thì một phần NaCl bay hơi, ở 800oC áp suất hơi của NaCl là 1mHg. NaCl tinh khiết không hút ẩm. b) Tính chất hoá học [15] - NaCl bị điện li trong dung dịch nước thành các cation và anion theo phản ứng sau: NaCl Na+ + Cl- - NaCl tác dụng với AgNO3 sẽ xuất hiện kết tủa bạc màu trắng: NaCl + AgNO3 = AgCl↓ + NaNO3 - NaCl tham gia phản ứng điện phân khi cho hơi nước qua NaCl nóng chảy: NaCl + H2O(h) = NaOH + HCl 250oC - Tác dụng với H2SO4 đặc NaCl + H2SO4 === NaHSO4 + HCl III.4.2. Sản xuất NaCl [12]. Sản xuất NaCl từ nước biển là một trong những công nghệ hoá chất cổ xưa. Nguyên tắc của việc sản xuất này là: người ta làm những ruộng muối rồi dẫn nước biển vào, nhờ năng lượng của mặt trời làm bay hơi nước, muối ăn sẽ kết tinh và chìm xuống, ta để khô sẽ thu được muối ăn. III.5. Natricacbonat (Na2CO3) III.5.1. Tính chất vật lí và hoá học của Na2CO3 a)Tính chất vật lí [16] Na2CO3 là chất bột màu trắng, dễ tan trong nước, nóng chảy ở 852oC. Dung dịch Na2CO3 có tính kiềm mạnh, Na2CO3 kết tinh có thể ngậm nước ở mức độ khác nhau cho 3 loại tinh thể ngậm nước là: Na2CO3.H2O, Na2CO3.7H2O và Na2CO3.10H2O. b) Tính chất hoá học [15] -Na2CO3 bị điện phân thành cation và anion: Na2CO3 2Na+ + CO32- -Na2CO3  tác dụng với axit mạnh để giải phóng H2CO3 (phản ứng có sự sủi bọt khí CO2) Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + CO2+ H2O -Khi tan trong nước, Na2CO3 bị thuỷ phân làm cho dung dịch có tính kiềm theo phản ứng sau: Na2CO3 + H2O NaHCO3 + NaOH -Na2CO3 tác dụng với silicdioxit khi nóng chảy tạo thành muối silicat: Na2CO3 + SiO2 = NaSiO3 + CO2 III.5.2. Sản xuất Na2CO3 [17]. Trong công nghiệp, người ta sản xuất Na2CO3 bằng cách làm bảo hoà dung dịch NaCl đậm đặc bởi khí CO2 và NH3: NaCl + NH3 + CO2 + H2O = NaHCO3 + NH4Cl NaHCO3 hình thành ít tan trong nước, lắng xuống ở dạng kết tủa. Sau khi lọc và nung kết tủa NaHCO3 ta sẽ thu được Na2CO3 do NaHCO3 phân huỷ ratheo phản ứng sau: 2 NaHCO3 = Na2CO3 + CO2 + H2O III.6. Anhydric sunfurơ (SO2) III.6.1.Tính chất vật lí và hoá học của SO2 [15]. a ) Tính chất vật lí SO2 là chất khí không màu, mùi khét, dể hoá lỏng, dể tan trong nước. SO2 là một oxit axit. b) Tính chất hoá học -Tác dụng với nước: SO2 + H2O = H2SO3 -Tác dụng với oxit bazơ tạo thành muối: SO2 + CaO = CaSO3 -Tác dụng với bazơ tạo thành muối và nước: SO2 + NaOH = Na2SO3 + H2O -Tác dụng với oxi của không khí ở nhiệt độ cao có mặt xúc tác: SO2 + O2 = SO3 -SO2 bị cacbon oxit khử mạnh ở nhiệt độ 500oC và có mặt xúc tác Bo: SO2 + 2CO = 2CO2 + S III.6.2. Sản xuất SO2 [15]. Chúng ta có thể sản xuất SO2 bằng các đốt các sunfua kim loại (thường là FeS2): FeS2 + O2 = Fe2O3 + SO2 Đốt cháy S trong không khí: S + O2 = SO2 CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN IV.1. Cân bằng vật chất các giai đoạn. Các thông số yêu cầu: Năng suất 2500 tấn - naphtol/ năm. Hiệu suất chung: = 78% Bảng hiệu suất các giai đoạn: STT Tên các giai đoạn Hiệu suất % 1 Sunfo hoá 90% 2 Thuỷ phân 99% 3 Trung hoà 97,5% 4 Lọc 97% 5 Nóng chảy kiềm 98% 6 Dập tắt 100% 7 Axit hoá 98% 8 Lắng 99% 9 Rửa 98,5% 10 Khử nước 99% -Sản phẩm: - naphtol 95% ; Ẩm(H2O) 2% Tạp chất 3% -Nguyên liệu: +Naphtalen kỹ thuật 96% Ẩm 1%; Tạp chất 3% +H2SO4 96% (4% H2O) Tỷ lệ axit/ naphtalen1mol/ 1,2 mol Quá trình tổng hợp - naphtol tiến hành theo các giai đoạn sau: -Sunfo hoá naphtalen: SO3H SO3H + H2SO4 + + CO2 + H2O (1) -Thuỷ phân: SO3H + H2O + H2SO4 (2) -Trung hoà: SO3Na SO3H 2 + Na2SO3 2 + SO2 +H2O (3) - Nóng chảy kiềm: ONa SO3Na + 2 NaOH + Na2SO3 + H2O (4) - Axit hoá: OH ONa 2 + SO2 + H2O 2 + Na2SO3 (5) Ngoài ra trong quá trình còn có một số giai đoạn trung gian như kết tinh, lọc, lắng, rửa, khử nước Như vậy từ các giai đoạn trên ta thấy: Cứ 128 kg naphtalen đưa vào phản ứng thì thu được 144 kg - naphtol Theo yêu cầu của đồ án, tính cân bằng vật chất 2.500 kg sản phẩm thô Theo bài ra ta có thành phần sản phẩm gồm có: - naphtol:95% Ẩm: 2% Tạp chất:3% Do vậy trong 2.500 kg sản phẩm thì có: Lượng - naphtol là: 2500 0,95 = 2375 kg Lượng ẩm là: 25000,02 = 50 kg Lượng tạp chất:2500 0,03 = 75 kg Năng suất của toàn bộ quá trình được tính trên toàn bộ sản phẩm tinh khiết cuối cùng ra khỏi thiết bị Do đó ta tính được lượng naphtalen tinh khiết tham gia phản ứng tạo thành - naphtol là: 2375 128 : 144 =2111,111 kg Vì hiệu suất của toàn bộ quá trình γ = 78% Nên lượng naphtalen tinh khiết cần dùng là: 2111,111 100: 78 =2792,02 kg IV.1.1.Cân bằng vật chất giai đoạn sunfo hoá (γ = 90%) SO3H Ta có phương trình phản ứng: + H2SO4 + H2O SO3H + H2SO4 + H2O 128 98 208 18 IV.1.1.1. Lượng vật chất vào thiết bị Vật chất đưa vào thiết bị sunfo hoá gồm các nguyên liệu của quá trình: a.Lượng naphtalen: -Naphtalen tinh khiết cần dùng để thu được 2500 kg sản phẩm thô là: = 2706,553 kg -Lượng naphtalen kỹ thuật 96%(1% ẩm và 3% tạp chất) cần dùng là: = 2819,326 kg -Lượng ẩm có trong naphtalen kỹ thuật là: 2819,326 0,01 = 28,193 kg -Lượng tạp chất có trong naphtalen kỹ thuật: 2819,326 0,03 = 84,58 kg b. Lượng axit sunfuric (H2SO4) Trong thực tế để sunfo hoá 1,2 mol naphtalen người ta thường dùng 1 mol ãit sunfuric -Lượng H2SO4 tinh khiết cần dùng =2072,2 kg -Lượng H2SO4 kỹ thuật 96% là: =2158,542 kg -Lượng ẩm (H2O) có trong H2SO4 kỹ thuật là 2158,542 0,04 = 86,342 kg IV.1.1.2. Lượng vật chất ra khỏi thiết bị a.Lượng naphtalen chưa phản ứng Vì hiệu suất giai đoạn sunfo hoá là 90% nên lượng naphtalen chưa phản ứng là: - Lượng naphtalen dư (8%): 2706,553 0,08 = 216,524 kg -Lượng -sunfoaxit naphtalen (2%): 0,02 = 87,963 kg b. Lượng axit dư : 2072,2 - 0,92 = 165,772 kg c. Lượng - sunfoaxit tạo thành 0,9 = 3958,333 kg d. Lượng nước tạo thành: 350,16 kg Tổng lượng nước có trong khối phản ứng gồm: lượng nước tạo thành do phản ứng, nước trong naphtalen và nước có trong axit sunfuric nguyên liệu 350,16 + 28,193 + 86,342 = 464,695 kg Giả thiết trong nước bay hơi 80% kéo theo 80% naphtalen không phản ứng. Như vậy lượng bay hơi gồm: Naphtalen: 216,524 0,8 = 173,219 kg Nước bay hơi: 378,353 0,8 = 302,682 kg Vậy trong khối sản phẩm có chứa: + Naphtalen: 216,524 – 173,219 = 43,305 kg + Nước: 464,695 - 302,682 = 162,013 kg +Tạp chất: 84,58 kg Bảng 1: Cân bằng vật chất giai đoạn sunfo hoá Lượng vật chất vào (kg) Lượng vật chất ra (kg) TT Tên nguyên liệu Khối lượng TT Tên sản phẩm Khối lượng 1 Naphtalen 2819,362 H2SO4 165,772 2 H2SO4 2158,542 - sunfoaxit 3958,333 -sunfoaxit 87,963 Naphtalen 43,305 Nước 162,013 Tạp chất 84,58 Cộng 4501,966 Lượng bay hơi Naphtalen 173,219 Nước 302,682 Cộng 475,901 Tổngcộng 4977,868 Tổng cộng 4977,868 IV.1.2. Cân bằng vật chất giai đoạn thuỷ phân (γ = 99%) Phương trình phản ứng: SO3H + H2O + H2SO4 (2) 208 18 128 98 IV.1.2.1. Lượng vật chất vào thiết bị a.Khối sản phẩm từ thiết bị sunfo hoá chuyển sang: 4501,966 kg b.Hơi nước. Để tiến hành thuỷ phân người ta dùng hơi nước sục vào khối phản ứng. Tỷ lệ nước/ naphtalen nguyên liệu là 1,2 mol/1mol. Như vậy lượng hơi nước cần dùng theo phản ứng (2) là: 456,73 kg IV.1.2.2. Lượng vật chất ra khỏi thiết bị. a.Lượng naphtalen tạo thành do quá trình thuỷ phân: = 53,589 kg Tổng lượng naphtalen có trong thiết bị sau quá trình thuỷ phân 43,305 + 53,589 = 96,895 kg b.Lượng H2SO4 tạo thành = 41,029 kg -Tổng lượng axit có trong khối phản ứng: 41,029 + 171,07 = 206,801 kg c.Lượng nước tiêu tốn cho phản ứng: = 7,536 kg Nước còn lại: 162,013 + 456,73 – 7,536 = 611,207 kg Tiến hành thuỷ phân ở 1450C, ta giả thiết 70% nước bay hơi và kéo theo 96% lượng naphtalen có trong phản ứng. Như vậy lượng bay hơi gồm: - Nước: 611,207 0,7 = 427,845 kg - Naphtalen: 96,895 0,96 = 93,019 kg Sau quá trình bay hơi. - Nước còn: 611,207 - 427,845 = 183,362 kg - Naphtalen còn: 96,895 - 93,019 = 3,876 kg d.Vì hiệu suất giai đoạn thuỷ phân là 99% nên lượng -sunfoaxit chưa phản ứng là: 87,963 0,01 = 0,879 kg Ta xem lượng naphtalen còn lại sau bay hơi, lượng -sunfoaxit dư đều là tạp chất.Vậy lượng tạp chất gồm: 84,58 + 3,876 + 0,879 = 89,335 kg Bảng 2: Cân bằng vật chất giai đoạn thuỷ phân Lượng vật chất vào (kg) Lượng vật chất ra (kg) TT Tên nguyên liệu Khối lượng TT Tên sản phẩm Khối lượng 1 Khối sunfo 1 Khối phản ứng H2SO4 165,772 - sunfoaxit 3958,333 - sunfoaxit 3958,333 H2SO4 206,801 -sunfoaxit 87,963 Nước 183,362 Naphtalen 43,305 Tạp chất 89,335 Nước 162,013 Cộng 4437,831 Tạp chất 84,58 2 Lượng bay hơi Cộng 4501,966 Naphtalen 93,019 2 Hơi nước 456,73 Nước 427,845 Cộng 520,864 Tổng cộng 4958,696 Tổng cộng 4958,696 IV.1.3.Cân bằng vật chất giai đoạn trung hoà (γ = 97,5%) Các phương trình phản ứng xảy ra trong giai đoạn trung hoà: SO3H SO3Na 2 + Na2SO3 2 + SO2 + H2O (1) 2 x 208 126 2 x 230 64 18 H2SO4 + Na2SO3 Na2SO4 + SO2 + H2O (2) 98 126 142 64 18 Ở giai đoạn này để trung hoà - sunfoaxit naphtalen và H2SO4 từ thiết bị thuỷ phân sang người ta sử dụng dung dịch Na2SO3 15% nhận được từ giai đoạn axit hoá IV.1.3.1. Lượng vật chất vào thiết bị a.Khối lượng sản phẩm từ thiết bị thuỷ phân đưa sang: 4437,831 kg b.Dung dịch Na2SO3 15% (85% H2O) - Na2SO3 sử dụng để trung hoà - sunfoaxit naphtalen = 1198,918 kg - Na2SO3 sử dụng để trung hoà H2SO4 = 265,887 kg Tổng lượng Na2SO3 tinh: 1198,918 + 265,887 = 1464,805 kg - Lượng dung dịch Na2SO3 15% cần dùng là: 1464,805 = 9765,367 kg IV.1.3.2. Lượng vật chất ra khỏi thiết bị. a.Sản phẩm tạo thành từ phản ứng (1): -- sunfonat naphtalen: 0,976 = 4267,578 kg - Khí SO2: 0,976 = 593,749 kg - Nước: 0,976 = 166,992 kg Vì hiệu suất giai đoạn trung hoà là 97,6% nên: - Lượng- sunfoaxit còn dư: 3958,333 0,025 = 98,958 kg - Lượng Na2SO3 dư: 1198,918 0,025 = 29,973 kg b. Sản phẩm tạo thành từ phản ứng (2): - Na2SO4: = 299,65 kg - Khí SO2: = 135,504 kg - Nước: = 37,984 kg Từ phản ứng (1) và phản ứng (2) ta có: -Tổng lượng SO2 tạo thành do 2 phản ứng là: 593,749 + 135,504 = 728,803 kg -Tổng lượng H2O có trong khối phản ứng gồm: + Nước có trong khối phản ứng mang vào: 183,362 kg + Nước tạo thành do quá trình trung hoà: 166,992 + 37,984 = 204,976 kg + Nước do dung dịch Na2SO3 mang vào: 9765,367 0,85 = 8300,562 kg Do đó tổng lượng nước có: 183,362 + 204,976 + 8300,562 = 8688,9kg Giả thiết SO2 bay ra hết khỏi sản phẩm. Bảng 3: Cân bằng vật chất giai đoạn trung hoà Lượng vào (kg) Lượng ra (kg) TT Tên nguyên liệu Khối lượng TT Tên sản phẩm Khối lượng 1 Khối phản ứng 1 Khối sản phẩm sunfo axit 3958,333 sunfo natri 4267,578 Axit H2SO4 206,801 Nước 8688,9 Nước 183,362 Na2SO4 299,65 Tạp chất 89,335 Na2SO3 29,973 Cộng 4437,831 sunfo axit dư 98,958 2 Dung dịch Na2SO3 15% Tạp chất 89,335 Nước 8300,562 Cộng 13474,394 Na2SO3 1464,805 2 Lượng bay hơi khí SO2 728,803 Cộng 9765,367 Tổng cộng 14203,198 Tổng cộng 14203,198 IV.1.4.Cân bằng vật chất giai đoạn lọc (γ = 97%) IV.1.4.1. Lượng vật chất vào thiết bị Muối -sunfonatri sau khi được kết tinh thì mang đi lọc.Khối lượng dung dịch mang đi lọc là: 13474,394 kg. IV.1.4.2. Lượng vật chất ra khỏi thiết bị. IV.1.4.2.a. Bã lọc: (muối -sunfo natri naphtalen) -Lượng muối -sunfo natri tinh khiết: 4267,578 0,97 = 4139,55 kg -Lượng muối -sunfo natri còn lại xem như tạp chất: 4267,578 - 4139,55 = 128,028 kg Chúng ta giả thiết muối kết tinh chứa 17% ẩm và 3% tạp chất do đó khối lượng muối thô là: 4139,55 = 5174,483 kg -Lượng ẩm trong muối: 5174,483 = 879,654 kg -Lượng tạp chất: 5174,483 0,03 = 155,233 kg IV.1.4.2.b. Dung dịch lọc: Thành phần gồm có: -Nước: 8688,9 - 879,654 = 7809,246 kg -Muối Na2SO4: 299,65kg (với giả thiết Na2SO4 không bị lẫn -sunfo natri khi kết tinh và lọc) -Tạp chất: coi Na2SO3, -sunfoaxit và -sunfo natri naphtalen không kết tinh đều là tạp chất. Do đó lượng tạp chất trong dung dịch lọc: 89,335 + 29,973 + 98,958 + 128,028 – 155,233 = 191,061 kg Bảng 4: Cân bằng vật chất giai đoạn lọc Lượng vật chất vào (kg) Lượng vật chất ra (kg) TT Tên nguyên liệu Khối lượng TT Tên sản phẩm Khối lượng 1 sunfo natri 4267,578 Bã lọc Nước 8688,9 sunfo natri 4139,55 Na2SO4 299,65 Nước 879,654 Na2SO3 29,973 Tạp chất 155,233 sunfo axit dư 98,958 Tổng 5174,437 Tạp chất 89,335 Dung dịch lọc Nước 7809,246 Na2SO4 299,65 Tạp chất 191,061 Tổng cộng 13474,394 Tổng cộng 13474,394 IV.1.5.Cân bằng vật chất giai đoạn nóng chảy kiềm (γ = 98%) Phản ứng xảy ra trong quá trình nóng chảy: SO3Na ONa + 2 NaOH + Na2SO3 + H2O 230 2 x 40 166 126 18 IV.1.5.1. Lượng vật chất vào thiết bị a.Muối -sunfo natri naphtalen kỹ thuật: 5174,437 kg Trong đó: -sunfo natri tinh khiết: 4139,55 kg Nước: 879,654 kg Tạp chất: 155,233 kg b.Lượng kiềm kỹ thuật 86% (13% ẩm và 1% tạp chất) -Lượng NaOH tinh khiết cần dùng Dùng tỷ lệ NaOH-sunfo natri = 2,3 mol/ 1 mol 4139,55 = 1655,82 kg -Lượng xút kỹ thuật cần dùng : 1655,82 1925,372 kg -Lượng ẩm trong xút: 1925,372 0,13 = 250,298 kg -Tạp chất trong xút: 1925,372 0,01 = 19,254 kg IV.1.5.2. Lượng vật chất ra khỏi thiết bị. --naphtolat natri: = 2927,922 kg -Lượng Na2SO3 tạo thành: 0,98 =2222,398 kg -Nước tạo thành: 0,98 = 317,485 kg -Lượng NaOH dư: 1655,82 - 0,98 = 244,881 kg -Lượng -sunfo natri naphtalen dư (do hiệu suất chỉ đạt 98%): 4139,55 0,02 = 82,785 kg -Lượng tạp chất có trong khối phản ứng: 155,233 + 19,254 = 183,896 kg -Tổng lượng nước có trong thiết bị : 317,485 + 250,289 + 879,654 = 1447,437kg -Giả sử 5% nước bị bay hơi: 1447,437 0,05 = 72,372 kg -Nước còn lại: 1447,437 – 72,372 = 1375,065 kg Bảng 5: Cân bằng vật chất giai đoạn nóng chảy kiềm Lượng vật chất vào (kg) Lượng vật chất ra (kg) TT Tên nguyên liệu Khối lượng TT Tên sản phẩm Khối lượng Muối-sunfo natri Khối phản ứng -sunfo natri 4139,55 sunfo natri naphtolat 2927,922 Nước 879,654 Na2SO3 2222,398 Tạp chất 155,233 Nước 1375,065 Cộng 5174,437 NaOH 244,881 NaOHKT sunfo natri naphtalen 82,785 NaOH 1655,82 Tạp chất 174,487 Nước 250,298 Cộng 7027,538 Tạp chất 19,254 Hơi nước 72,372 Cộng 1925,372 Tổng cộng 7099,809 Tổng cộng 7099,809 IV.1.6.Cân bằng vật chất giai đoạn dập tắt(γ = 100%) -Pha loãng khối phản ứng làm 3 lần Lượng nước cần dùng: 7027,538 = 16397,589 kg IV.1.6.1. Lượng vật chất vào thiết bị -Nước lạnh: 16397,589 kg -Khối phản ứng từ thiết bị nóng chảy kiềm đưa sang: 7027,538 kg IV.1.6.2. Lượng vật chất ra khỏi thiết bị. Giả thiết 15% H2O bị bay hơi -Lượng nước có trong thiết bị: 16397,589 + 1375,065 = 17772,654 kg -Lượng nước bay hơi: 17772,654 0,15 = 2665,898 kg -Lượng nước còn lại: 17772,654 - 2665,898 = 15106,756 kg Bảng 6: Cân bằng vật chất giai đoạn dập tắt Lượng vật chất vào (kg) Lượng vật chất ra (kg) TT Tên nguyên liệu Khối lượng TT Tên sản phẩm Khối lượng Khối phản ứng Khối sản phẩm sunfo natrrinaphtolat 2927,922 -naphtolat 2927,922 Na2SO3 2222,398 Na2SO3 2222,398 Nước 1375,065 Nước 15106,756 NaOH 244,881 NaOH 244,881 sunfonatri naphtalen 82,785 sunfonatri 82,785 Tạp chất 174,487 Tạp chất 174,487 Cộng 7027,538 Cộng 20759,229 Nước lạnh 16397,589 Hơi nước 2665,898 Tổng cộng 23425,127 Tổng cộng 23425,127 IV.1.7.Cân bằng vật chất giai đoạn axit hoá(γ = 98%) Trong quá trình axit hoá xảy ra các phản ứng: ONa OH 2 + SO2 + H2O 2 + Na2SO3 (1) 2 x 166 64 18 2 x 144 126 2 NaOH + SO2 Na2SO3 + H2O (2) 2 x 40 64 126 18 IV.1.7.1. Lượng vật chất vào thiết bị -Khối phản ứng từ thiết bị dập tắt sang: 20759,229 kg -Khí SO2 từ thiết bị trung hoà sang: 728,803 kg IV.1.7.2. Lượng vật chất ra khỏi thiết bị. a.Sản phẩm tạo thành của phản ứng (1) --naphtol: 2489,086 kg - Na2SO3: 0,98 = 1088,975 kg b.Sản phẩm tạo thành của phản ứng (2) - Na2SO3: 385,688 kg -H2O: 55,098 kg -Lượng SO2 tham gia phản ứng (1):0,98 = 553,13 kg -Lượng SO2 tham gia phản ứng (2): 195,905 kg Ta có lượng SO2 còn thiếu: 728,803 – (553,13 + 195,905 ) = 20,232 kg -Lượng nước cần dùng trong phản ứng (1): 155,568 kg -Lượng nước có trong khối sản phẩm ra: