Tải bản đầy đủ

sản xuất CALCIUM ACETAT

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG
KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG

TIỂU LUẬN MÔN HỌC

THIẾT KẾ QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ
SẢN XUẤT CALCIUM ACETAT

SVTH: HOÀNG THỊ THUHỒNG
MSSV: 61103064
LỚP : 11060301
NGÀNH: CÔNG NGHỆ SINHHỌC

TP.HỒ CHÍ MINH, NGÀY 24 THÁNG 12 NĂM 2014


MỤC LỤC


MỞ ĐẦU

Ngày nay, khi khoa học cộng nghệ ngày càng phát triển thì nhu cầu về
chất lương cuộc sống của con người ngày càng tăng. Vì vậy ngành công nghiệp
trên thế giới đã không ngừng tìm tòi, nghiên cứu để đưa ra các sản phẩm đáp ứng
được những yêu cầu của thị trường. Trong đó, công nghệ hóa chất cũng ko ngoại
lệ. Đây là một ngành công nghiệp mũi nhọn. Nó không chỉ mang lại nguồn lợi
đáng kể mà còn thúc đẩy các ngành khác phát triển.
Việc nghiên cứu sản xuất calcium acetate

CHƯƠNG 1.
1.

TỔNG QUAN

Giới thiệu sơ lược:

Calcium acetate là hợp chất hóa học với công thức hóa học là Ca(CH3COO)2 có
dạng phổ biến là mono hydrat (Ca(CH3COO)2•H2O)


Hình 1: Tinh thể calcium acetate
1.1.1.

Tính chất vật lý:





Trạng thái: Bột lỏng màu trắng, dễ dàng hấp thụ độ ẩm
Mùi vị: có mùi acid acetic nhẹ, vị đắng.
Điểm nóng chảy: Đun nóng đến 160 ℃ phân hủy thành CaCO3 và



acetone.
Độ hòa tan trong nước: 37,4 g / 100 ml (0°C)
34,7 g / 100 ml (20°C)




29,7 g / 100 ml (100°C)
Độ hòa tan : Ít tan trong methanol, hydrazine. Không tan trong acetone,
ethanol, và benzene

1.1.2.

Ứng dụng:

 Được sử dụng để kiểm soát mức độ phosphate để giữ cho chúng khỏi bị
quá cao ở những người bị suy thận.
 Được sử dụng như một thành phần thực phẩm như một tác nhân chelat,
chất làm đặc, chất ổn định, bộ đệm và kiểm soát pH.
 Được cung cấp như một hemihydrate ở dạng bột màu trắng mịn cồng
kềnh.
 Calcium Acetate cũng tìm thấy ứng dụng trong các ngành công nghiệp


dầu khí và dệt may.
Calcium Acetate cũng được sử dụng như một trung hòa của florua

trong nước.
 Calcium Acetate cũng được sử dụng làm thuốc thử trong phòng thí
nghiệm, phòng thí nghiệm hóa học
 Calcium acetate đã từng là một nguyên liệu ban đầu phổ biến để tổng
hợp acetone.


CHƯƠNG 2.
1.

HƯỚNG SẢN XUẤT

Các hướng sản xuất:
Calcium acetate có thể được sản xuất bằng cách ngâm canxi cacbonat (tìm
thấy trong vỏ trứng, hoặc các loại đá cacbonat thông thường như đá
vôi hay đá cẩm thạch ) hoặc vôi tôi trong dấm:
 Một là: Cho Canxi Cacbonat (CaCO3) tác dụng với acid acetic
(CH3COOH)
CaCO 3 + 2CH 3 COOH → Ca (CH 3 COO) 2 + H2O + CO2
 Hai

là:

Cho

Canxi

acetic(CH3COOH)

hydroxit

(Ca(OH)2)

tác

dụng

với

acid


Ca(OH)2 + 2CH3COOH → Ca(CH3COO)2 + 2H2O
1.1.1.

Nguyên liệu cho sản xuất:

2.1.1.1.1.


CaCO3 (Canxi cacbonat )

Là chất phụ liệu quan trọng của nhiều ngành công nghiệp khác
nhau được sử dụng ở dạng tinh khiết hay kém tinh khiêt tùy theo
nhu cầu và mục đích sử dụng cụ thể. Tên goi thông thường trên thị



trường của hợp chất canxi cacbonat là bột nhẹ.
Trên thị trường được bán dưới dạnh bột với nhiều kích cỡ khác
nhau. Bột canxi cacbonat có cớ hạt nhỏ hơn 25 micromet được
đóng bao 25kg/01bao hoặc 50kg/01bao. Theo nhu cầu của khách



hàng.
Ngoài ra trên thị trường còn có sản phẩm cùng loại giống như bột
nhẹ, cũng là CaCO3 nhưng người ta gọi là bột nặng (bột đá nghiền
CaCO3 . Nguyên nhân dẫn đến sự khác nhau là do chúng được sản
xuất theo phương án khác nhau, từ đó tính chất cũng khác nhau, từ
đó tính chất của chúng cũng khác xa nhau, cũng như lĩnh vực ứng



dụng.
Tiêu chuẩn qui định chất lượng bột nhẹ:
Tiêu chuẩn này áp dụng cho canxi cacbonat được sản xuất tue đá
vôi, có dạng bột mịn, màu trắng, không có mùi.
Tùy theo chất lượng canxi cacbonat chia thành 2 loại: loại 1, loại 2.
Các chỉ tiêu hóa lý của canxi cacabonat phải đạt yêu cầu quy định
trong bảng sau:

TÊN CHỈ TIÊU

Mức
Loại 1

Loại 2

99,00

98,00

0,10

0,15

0,50

0,50

1. Tổng hàm lượng cacbonat tính theo
canxi cacbonat, không nhỏ hơn
2. Độ kiềm tính theo CaO, không lớn
hơn.
3. Độ ẩm không lớn hơn.


4.

Hàm lượng chất không tan trong
acid clohidric (HCl) không lớn hơn

0,15

0,25

99,00

98,00

5. Độ mịn qua sàng (sàng có kích
thước lỗ 0,125 mm 65% theo TCVN
2230-77) không nhỏ hơn.



Thành phần hoá học: 97,25%; SiO2: 0,12%: Al2O3: 0,04%;
MgCO3: 2,12%; Fe2O3: 0,03%.Các thành phần khác theo nhu cầu



của khách hàng.
Tính chất vật lý:
CTPT
Tên gọi theo IUPAC
Phân tử gam
Tỷ trọng, pha
Độ hòa tan trong nước
Điểm nóng chảy
Trạng thái

CaCO3
Cacbonat canxi
100 g/mol
2,83 g/cm3, rắn
Không tan
835oC
Bột màu trắng

(Số liệu của bảng ở điều kiện 25oC, 100 Kpa)
Là chất thường sử dụng trong y tế như một chất bổ sung canxi hay
một chất khử chua. Chất này thường được tìm thấy dưới dạng đá ở
khắp nơi trên thế giới, là thành chính trong mai/vỏ của cá loại sò,
ốc hoặc vỏ của ốc. Nó là nguyên nhân chính gây ra hiên tượng


nước cứng.
Tính chất hóa học:

Cacbonat canxi có chung tính chất đặc trưng của các chất cacbonat.
Đặc biệt là:

 Tác dụng với axít mạnh, giải phóng điôxít cacbon:
CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2 + H2O
 Khi bị nung nóng, giải phóng điôxít cacbon (trên 825 °C trong
trường hợp của CaCO3), để tạo ôxít canxi, thường được gọi là
vôi sống:
CaCO3 → CaO + CO2
Cacbonat canxi sẽ phản ứng với nước có hòa tan điôxít cacbon để tạo
thành bicacbonat canxi tan trong nước.


CaCO3 + CO2 + H2O → Ca(HCO3)2
Phản ứng này quan trọng trong sự ăn mòn núi đá vôi và tạo ra các hang
động, gây ra nước cứng.



Sản xuất: Có 3 phương pháp
1) Phương pháp cacbonat hóa
2) Phương pháp clorua canxi
3) Phương pháp trao đổi sữa vôi

Phương pháp cacbonat hóa được sử dụng rộng rãi nhất do có nhiều
ưu điểm về công nghệ cũng như nguyên liệu.
Phương pháp trao đổi sữa vôi có nhược điểm lớn là sản phẩm có
một lượng đáng kể canxi hydroxyt và xút. Vì vậy để đảm bảo chất lượng
cần phải tốn rất nhiều công lọc rửa…Vì vậy phương pháp trên chỉ áp dụng
cho các nhà máy sản xuất soda
Phương pháp canxi clorua tạo được sản phẩm có độ tinh khiết cao.
Phương pháp này có thể khống chế chế độ kết tủa của canxi cacbonat, do
đó có thể tạp được các tinh thể có kích thước mong muốn. Vì vậy, người
ta thường sử dụng phương pháp này để tạo sản phẩm có độ tinh khiết cao,
được sử dụng vào các mục đích đặc biệt.



Ứng dụng:
* Dùng trong chăn nuôi thủy sản (CaCO3 dùng trong chăn nuôi):
- Giữ phèn trong đất và nước để giảm độc trong môi trường ao nuôi.
- Giữ môi trường PH luôn ổn định, tăng tính kiềm trong ao nuôi.
- Sát trung trong ao, kích thích cho tôm lột vỏ, tăng hàm lượng Caxi

giúp vở tôm cứng.
* Dùng trong xây dựng:
- Làm bột bả trát tường khi dùng trong xây dựng (CaCO3 siêu mịn)
- Dùng cho trạm trộn bê tông asphalt (CaCO3 thô).
- Dùng trong sản xuất sơn
* Dùng trong y tế:
- Thuốc bổ sung khẩu phần canxi giá rẻ
- Chất khử chua và/hoặc chất gắn phốtphat.
- Sử dụng trong công nghiệp dược phẩm làm chất nền cho thuốc
viên làm từ loại dược phẩm khác.
* Ngoài ra:
- Dùng trong sản xuất bột đánh răng
- Môi trường chống đống bánh cho muối bàn và trong sản xuất lớp
cao su


Theo tiêu chuẩn của trung tâm phân tích - Thí nghiệm địa chất Cục địa chất
và khoáng sản Việt Nam: TCVN 4350-1986 và 4351 - 1986.
2.1.1.1.2.



Ca(OH)2 ( Hyđroxyt canxi hay Canxi hyđroxyt )

Trạng thái: Dạng tinh thể không màu hay bột màu trắng.
Sản xuất: Cho Canxi ôxít (tức vôi sống) tác dụng với nước (gọi là
vôi tôi). Nó cũng có thể kết tủa xuống khi trộn dung dịch chứa
Canxi clorua (CaCl2) với dung dịch chứa Natri hiđroxit (NaOH).
CaO + H2O  Ca(OH)2 (pứ tỏa nhiệt tỏa nhiệt mãnh liệt)
CaCl2 + 2NaOH  Ca(OH)2 + 2 NaCl

 Tên gọi dân gian là vôi tôi hay đơn giản chỉ là tên gọi của khoáng
chất tự nhiên chứa canxi hiđroxit là portlandit.
 Nếu bị nung nóng tới 512°C thì canxi hiđroxit bị phân hủy thành
ôxít canxi và hơi nước. Thể vẩn của các hạt hyđroxyt canxi rất mịn
trong nước gọi là vôi sữa. Dung dịch chứa canxi hiđroxit gọi chung
là vôi nước và có tính bazơ trung bình-mạnh, có phản ứng mạnh
với các axít và ăn mòn nhiều kim loại khi có mặt nước. Nó trở
thành dạng sữa nếu điôxít cacbon đi qua đó, do sự kết tủa của
Canxi cacbonat mới tạo ra.
CaCO3 (to)  CaO + CO2 (phân hủy đá vôi ở 825oC, pứ thu nhiệt)
2.1.1.1.3.


CH3COOH ( Acid Acetid)

Axít axetic, hay còn gọi là etanoic, là một axít hữu cơ (Axit
Cacboxylic), mạnh hơn axít cacbonic. Phân tử gồm nhóm methyl (-



CH3) liên kết với nhóm carboxyl (-COOH)
Giấm là axít axetic nồng độ từ 2–6%. Giấm được điều chế bằng
cách lên men rượu etylic. Axít axetic còn có thể được điều chế từ



acetylen, cracking dầu mỏ hoặc chưng gỗ.
Sản xuất: Axit axetic được sản xuất theo cả hai phương pháp sinh
học và tổng hợp.


Ngày nay, lượng axit sản xuất theo phương pháp sinh học chỉ chiếm khoảng
10% sản lượng thế giới, nhưng nó vẫn là một phương pháp quan trọng dùng để
sản xuất giấm, theo các luật về độ tinh khiết thực phẩm ở một số quốc gia quy
định rằng giấm sử dụng trong thực phẩm phải có nguồn gốc từ sinh học. Khoảng
75% axit axetic được sản xuất công nghiệp được dùng để sản xuất theo phương
pháp cacbonyl hóa metanol. Khoảng 15% còn lại được sản xuất từ các phương
pháp thay thế khác
 Ứng dụng:
Axit axetic là một chất phản ứng được dùng để sản xuất các hợp chất hóa
học. Lượng sử dụng riêng lẻ lớn nhất là để sản xuất momoner vinyl axetat,
tiếp theo là sản xuất axetic anhydrit và ester. Lượng axit axetic dùng để sản
xuất giấm là rất nhỏ.

CHƯƠNG 3.

PHÂN TÍCH KINH TẾ, CHỌN LỰA HƯỚNG

SẢN XUẤT
1.

Phân tích kinh tế:
1.1.1.

CaCO3

Đại đa số cacnxi cacbonat được sử dụng trong công nghiệp là được khai
thác từ các mỏ đá canxi cacbonat tinh khiết (sử dụng trong ngành thực phẩm
hoặc dược phẩm) có thể được sản xuất từ những nguồn sạch ( đá cẩm thạch)
Hiện nay nước ta có 125 tụ khoáng đá vôi đã được tìm kiếm và thăm dò.
Trữ lượng ước đạt 13 tỷ tấn, tài nguyên dự đoán khoảng 129 tỷ tấn.
Đa số cacbonat canxi được sử dụng trong công nghiệp là được khai thác
từ đá mỏ hoặc đá núi. Cacbonat canxi tinh khiết (ví dụ loại dùng làm thuốc hoặc
dược phẩm), được điều chế từ nguồn đá mỏ (thường là cẩm thạch) hoặc nó có thể
được tạo ra bằng cách cho khí điôxít cacbon chạy qua dung dịch hyđroxit canxi
theo phản ứng như sau:
Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O
Để sản xuất được bột đá vôi CaCO3 không lẫn tạp chất phải trải qua rất nhiều
công đoạn như đập vỡ, nghiền nát, phân loại độ tinh khiết, làm trắng… Tùy


thuộc vào mục đích sử dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau thì sản
phẩm CaCO3 sẽ được hoàn thiện với các công đoạn khác nhau.

 Quá trình loại bỏ không phức tạp lắm,và ít tốn chi phí, ngoài ra nguồn
nguyên liệu khá là phong phú với trữ lượng lớn nên có tiềm năng phát
triển cao.
 Trong sản xuất công nghiệp calcium acetate, ngưởi ta thường sử dụng
canxi cacbonat ở các cấp độ khác nhau tùy vào sản phẩm.
Ví dụ: Đối với công nghiệp cấp thực phẩm, dược phẩm thì canxi cacbonat
cũng nên chọn có độ tinh khiết cao.
Giá tiền CaCO3 tinh khiết:
60$ - 100$ /tấn = 0.06$ - 0,1$/kg
1.1.2.

Ca(OH)2 (Canxi hydroxit)

Phải trải qua nhiều giai đoạn mới tạo ra Ca(OH)2 để đưa vào phản ứng chính.
Giai đoạn 1: Nung nóng CaCO3 ở
CaCO3 (to)  CaO + CO2
 Giai đoạn 2: Cho CaO tác dụng với nước
CaO + H2O  Ca(OH)2
 Giai đoạn 3: phản ứng chính: cho vôi tôi tác dụng với acid acetic


Ca(OH)2 + 2CH3COOH → Ca (CH3COO)2 + 2H2O
Sản phẩm chính có thể tạo ra nguyên liệu ban đầu nhưng tốn chi phí tiến hành.
Ca(CH3COO)2 → (CH3)2=O + CaO +CO2
 Qui trình sản xuất phức tạp và tốn nhiều chi phí ở các giai đoạn (nếu sản
xuất)
 Trong sản xuất công nghiệp, canxi hidroxit không được sử dụng rộng rãi
vì chúng có hàm lượng tạp chất khó kiểm soát và giá mua cao (nếu mua
trực tiếp).
Giá mua trực tiếp Ca(OH)2 : 160$-320$/tấn = 0,16$ - 0,32$/kg


1.1.3.

CH3COOH (acid acetic)

Loai nguyên liệu mắc tiền, sau khi phản ứng sẽ còn dư. Vậy để tiết kiệm chi phí
ta nên hoàn lưu lại dung dịch này.
Giá Acid acetic 99% trong giấm : 450$ - 1000$/tấn = 0,45$ - 1$/kg
2.

Tính tiềm năng kinh tế:

Ta có: MCaCO3 = 100 g/mol
MCa(OH)2 = 74 g/mol
MCH3COOH = 60g/mol
MCa(CH3COO)2 = 158 g/mol
Với giá bán trung bình Ca(CH3COO)2 : 500$ - 2000$/tấn = 0,5$ - 2$/kg ( trên
thị trường).
 Hướng 1:
CaCO 3 (s) + 2CH 3 COOH (l) → Ca (CH 3 COO) 2 (l) + H 2 O (l) + CO 2 (g) 
EP = (158* 0,5) – ( 100*0,06 + 60*0,45) = 46 ($/kmol)
 Hướng 2:
Ca (OH) 2 (s) + 2CH 3 COOH (l) → Ca (CH 3 COO) 2 (l) + 2H 2 O (l)
 EP = (158*0,5) – (74*0.16 + 60*0,45) = 40,16 ($/kmol)

VẬY TỪ NHỮNG PHÂN TÍCH TRÊN TA CHỌN HƯỚNG SẢN XUẤT THỨ
NHẤT MANG LẠI LỢI NHUẬN NHIỀU HƠN VÀ ÍT TỐN CHI PHÍ SẢN XUẤT.


CHƯƠNG 4.
1.

QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT

Sơ đồ qui trình công nghệ:

CaCO3,

Hỗn hợp sản
phẩm

CH3COOH
Thiết bị phản ứng

Cụm tách chiết

Hoàn lưu

2.

Chọn thiết bị phản ứng:
CaCO 3 (s) + 2CH 3 COOH (l) → Ca (CH 3 COO) 2 (l) + H 2 O (l) + CO 2 (g)

Ta thấy:
Phản ứng trên là phản ứng đơn giản, 1 chiều và tạo ra sản phẩm phụ
Nên :
 Theo nguyên tắc 1:


Độ chuyển hóa sản phẩm phải cao, khoảng 95% để giảm chi phí, thể tích.
 Ta chọn thiết bị khuấy bình ống (PER) hay thiết bị khuấy gián đoạn (IBR) thay
vì chọn thiết bị khuấy liên tục (CSTR) vì PER = IBR , VPER  Theo nguyên tắc 2: Độ chuyển hóa sản phẩm hợp lý

Hỗn hợp sản phẩm là lỏng, khí nên việc thu được Calcium acetate kết tinh ta cần
trải qua quá trình cô đặc (bốc hơi), kết tinh, sấy để cho ra sản phẩm đạt đúng yêu
cầu với độ tinh sạch cao.



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×