BÀI TIỂU LUẬN TỔNG HỢP AXIT AXETIC ppt

Hiện nay cùng với sự pháttriển của khoa học kỹ thuật axit axetic được dùng vào các lĩnh vực khác nhau trong công nghiệpnhư: sản xuất ra dược phẩm, thuốc trừ sâu, thuốc nhuộm, ngoài ra nó

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP TUY HOÀ

KHOA CÔNG NGHỆ HOÁ - -

BÀI TIỂU LUẬN TỔNG HỢP AXIT AXETIC

Giáo viên hướng dẫn: Lê Thị Kim Huyền

Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bảo Nhiệm

Nhận xét của giáo viên

……….………

……….………

……….………

……….………

……….………

……….………

……….………

……….………

……….………

……….………

……….………

……….………

……….………

……….………

……….………

……….………

……….………

……….………

……….………

……….………

……….………

……….………

……….………

……….………

……….………

……….………

……….………

……….………

……….………

……….………

……….………

……….………

……….………

……….………

PHỤC LỤC MỞ ĐẦU 4

PHẦN 1 TỔNG QUAN VỀ AXIT AXETIC 5

1.1 Lịch sử của axit axetic 5

1.2 Công thức hóa học 5

1.3 Tính chất vật lý 5

1.4 Tính chất hóa học 6

1.5 Ứng dụng 8

1.5.2 Sản xuất monome vinyl axetat 8

1.5.2 Sản xuất este 8

1.5.3 Sản xuất exetic anhydrit 9

1.5.4 Giấm 9

1.5.5 Làm dung môi 9

1.5.6 Các ứng dụng khác 9

1.6 Điều chế 9 1.6.1 Carconyl hóa metanol 10

1.6.2 Ôxy hóa axetaldehyt 10

1.6.3 Ôxy hóa etylen 11

1.6.4 Lên men ôxy hóa 11

1.6.5 Lên men kỵ khí 12

PHẦN 2 TỔNG HỢP AXIT AXETIC 13

2.1 Nguyên liệu chính 13

2.2 Cơ chế phản ứng 3

2.3 Các yếu tố ảnh hưởng 14

2.3.2 Oxy 14

2.3.3 Xúc tác 14

2.3.4 Nhiệt độ 15

2.3.5 Áp suất 15

2.3.6 Lượng nước 15

PHẦN 3 DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ TỔNG HỢP AXIT AXETIC 16

3.1 Thiết bị 16

3.1.1 Thiết bị chính 16

3.1.2 Thiết bị phụ trợ 16

3.2 Mô tả dây chuyền công nghệ tổng hợp axit axetic 16

3.3 Sơ đồ công nghệ 17

KẾT LUẬN 19

Tài liệu tham khảo 19

MỞ ĐẦU

Ngành công nghiệp hoá chất ngày càng phát triển, sản phẩm hoá chất luôn luôn là nhu cầucấp thiết của con người trong cuộc sống, để đạt được điều đó với mỗi lĩnh vực đều cần phải cónguyên liệu và các sản phẩm liên quan

Axit axetic là chất hữu cơ dạng lỏng, nó có nhiều ứng dụng phổ biến trong công nghiệphoá học và là sản phẩm hữu cơ cơ bản có vai trò khá quan trọng trong tổng hợp hữu cơ hoá dầu

Ngày xưa con người đã biết sử dụng axit axetic làm dấm ăn Hiện nay cùng với sự pháttriển của khoa học kỹ thuật axit axetic được dùng vào các lĩnh vực khác nhau trong công nghiệpnhư: sản xuất ra dược phẩm, thuốc trừ sâu, thuốc nhuộm, ngoài ra nó còn là tiền chất để sản xuất

ra clo axêtíc axít

Do có tầm quan trọng như vậy nên nhu cầu sử dụng axit axetic là rất lớn đòi hỏi ngành sảnxuất axit axetic phải có bước phát triển với nhu cầu đó Trong hai phương pháp sản xuất làphương pháp vi sinh và phương pháp tổng hợp Phương pháp vi sinh chỉ cho a xít có nồng độ thấpnăng xuất không cao còn phương pháp tổng hợp chiếm ưu thế hơn vì năng suất cao, nồng độ cao,tinh chế dễ nhưng phải chi phí cho ban đầu lớn Việc lựa chọn nguyên liệu cũng như công nghệsao cho phù hợp với điều kiện mà vẫn đảm bảo chất lượng yêu cầu Một trong những phươngpháp sản xuất axit axetic là oxy hoá axetaldehyt trong pha lỏng có nhiều ưu điểm đóng góp vàoviệc giải quyết nhu cầu cấp bách về Axit axêtic nồng độ cao của nước ta nói riêng và trên thế giớinói chung Điều đó góp phần vào việc xây dựng ngành công nghiệp hoá chất ngày càng phát triển

PHẦN 1 TỔNG QUAN VỀ AXIT AXETIC1.1 Lịch sử của axit axetic

Năm 1847, nhà hóa học Đức Hermann Kolbe lần đầu tiên đã tổng hợp axit axetic từ các vậtliệu vô cơ Chuỗi phản ứng này gồm quá trình clo hóa cacbon đisulfua thành cacbon tetrachlorua,sau đó là quá trình nhiệt phân thành tetracloretylen và clo hóa trong nước tạo thành axittricloraxetic, và cuối cùng là phản ứng ôxy hóa khử vô cơ bằng cách điện phân tạo thành axitaxetic

Năm 1910, hầu hết các axit axetic được sản xuất từ việc chưng cất gỗ từ sản phẩm trung gian

là rượu chưng cất từ gỗ Loại rượu này cho tác dụng với canxi hydroxit tạo ra canxi axetat, sau đócho canxi axetat tác dụng với axit sulfuric thu được axit axetic Lúc này, Đức sản xuất khoảng10.000 tấn axit axetic băng, khoảng 30% số này được sản xuất thuốc nhuộm indigo

 Danh pháp IUPAC: Acetic acid

 Tên hệ thống: Ethanoic acid

 Tên gọi khác: Acetyl hydroxit (AcOH), Hydro axetat (HAc), Ethylic acid, Axitmetanecarboxylic

Thuộc tính

Công thức phân tử C2H4O2

Nguyên tử hidro (H) trong nhóm carboxyl (−COOH) trong các axit cacboylic như axit axetic

có thể cung cấp một ion H+ (proton), làm cho chúng có tính chất axit axit axetic là một axit yếu,thuộc nhóm axit monoprotic, có Ka bằng 4,75 Nó tạo ra gốc liên kết là axetat (CH3COO−) Dungdịch 1,0 M (tương đương nồng độ giấm gia đình) có pH là 2,4, cho thấy chỉ 0,44% các phân tửaxit axetic bị phân ly

Liên kết hai phân tử axit axetic, đường đứt nét thể hiện các liên kết hydro

Cấu trúc tinh thể của axit axetic cho thấy các phân tử nhị trùng liên kết bởi các liên kếthiđrô Các chất nhị trùng cũng có thể được phát hiện ở dạng hơi ở 120°C Chúng cũng có mặttrong phan lỏng trong các dung dịch loãng trong các dung môi không có liên kết hydro, và mộtmức độ nhất định trong axit axetic tinh khiết, nhưng bị phá vỡ trong các dung môi có liên kếthydro Enthalpy phân ly của các chất này ước tính khoảng 65,0–66,0 kJ/mol, và entropy phân lykhoảng 154–157 J mol−1 K−1 Cách thức nhị trùng này cũng có thể hiện ở các axit cacboxylyc thấphơn khác

Axit axetic lỏng là dung môi protic dính ướt (phân tử phân cực), tương tự như ethanol vànước Với hằng số điện môi trung bình khoảng 6,2, nó có thể hoà tan không chỉ trong các hợp chấtphân cực như các muối vô cơ và các loại đường mà nó còn có khả năng hòa tan trong các hợp chấtkhông phân cực như dầu, và các nguyên tố như lưu huỳnh và iốt Nó cũng có thể hòa trộn với cácdung môi phân cực và không phân cực khác như nước, chloroform, và hexan Đối với các ankancao phân tử (từ octan trở lên) axit axetic không có khả năng trộn lẫn một cách hoàn toàn, và khảnăng trộn lẫn tiếp tục giảm khi số n-ankan càng lớn Tính chất hòa tan và độ trộn lẫn của axitaxetic làm cho nó được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp

Các phản ứng hóa học

Axit axetic có thể ăn mòn các kim loại như sắt, mangan và kẽm sinh ra khí hydro và các muốikim loại tương ứng gọi là các axetat Nhôm khi tiếp xúc với ôxy sẽ tạo thành một màng mỏngnhôm ôxít trên bề mặt làm cho nó có khả năng chống lại một cách tương đối sự ăn mòn của axit,điều này cho phép các bình chứa bằng nhôm có thể dùng để vận chuyển axit axetic Các axetatkim loại cũng có thể được điều chế từ axit axetic và một bazo tương ứng, như phản ứng phổ biến

là "natri bicacbonat + giấm" Chỉ trừ crôm(II) axetat, thì hầu hết các axetat còn lại đều có thể hòatan trong nước

Mg(r) + 2 CH3COOH(l) → (CH3COO)2Mg(dd) + H2(k)

NaHCO3(r) + CH3COOH(dd) → CH3COONa(dd) + CO2(k) + H2O(l)

Axit axetic có thể tạo các phản ứng hóa học đặc trưng của nhóm axit cacboxylic như tạo ranước và ethanoat kim loại khi phản ứng với kiềm; tạo ra ethanoat kim loại khi phản ứng với kimloại; và tạo ra ethanoat kim loại, nước và cacbon dioxit khi phản ứng với các cacbonat vàbicacbonat Phản ứng đặc trưng nhất là tạo thành ethanol, và tạo thành các dẫn xuất như axetylclorua bằng cách thay thế nhóm -OH bởi -Cl Các dẫn xuất thay thế khác như anhydrit axetic;anhydrit này được tạo ra theo phản ứng trùng ngưng rách phân tử nước từ hai phân tử của axit

axetic Các este của axit axetic tương tự có thể được tạo ra bởi este hóa, và các amit Khi nungtrên 440 °C, axit axetic phân hủy tạo ra cacbon dioxit và metan, hoặc tạo ra ethenon và nước.Axit axetic có thể được nhận biết bởi mùi đặc trưng của nó Phản ứng biến đổi màu đối với cácmuối của axit axetic là cho tác dụng với dung dịch sắt(III) clorua, phản ứng này tạo ra màu đỏđậm sau khi axit hóa Khi nung nóng các axetat với arsen trioxit tạo ra cacodyl oxit, chất này cóthể được nhận biết bởi các hơi có mùi hôi.

Hóa sinh

Nhóm axetyl có gốc từ axit axetic, là thành phần cơ bản đối với sinh hóa học của tất cả cácdạng sống Khi nằm trong coenzyme A, nó là trung tâm của sự trao đổi chất của các cacbohydrat

và mỡ Tuy nhiên, nồng độ của các axit axetic tự do trong các tế bào ở mức thấp nhằm tránh phá

vỡ pH của các tế bào Không giống với các axit cacboxylic mạch dài, (các axit béo), axit axetickhông có mặt trong các triglycerit tự nhiên Tuy nhiên, các triglycerit nhân tạo như triacetin(glycerin triacetat) là một phụ gia thực phẩm phổ biến, và được tìm thấy trong các loại mỹ phẩm

và thuốc đắp

Axit axetic được sản xuất và chiết tách bằng vi khuẩn axit axetic, các vi khuẩn phổ biến là chi

Acetobacter và Clostridium acetobutylicum Các vi khuẩn này được tìm thấy trên khắp thế giới

trong thức ăn, nước và đất, và do đó axit axetic thường được sản xuất từ trái cây và các thưc phẩm

hư khác axit axetic cũng là một thành phần của chất nhờn âm đạo của người và các linh trưởngkhác, các chất này có tác dụng kháng khuẩn nhẹ

1.5 Ứng dụng

Axit axetic là một chất phản ứng được dùng để sản xuất các hợp chất hóa học Lượng sử dụngriêng lẻ lớn nhất là để sản xuất momoner vinyl axetat, tiếp theo là sản xuất axetic anhydrit vàester Lượng axit axetic dùng để sản xuất giấm là rất nhỏ so với ở trên

1.5.2 Sản xuất monome vinyl axetat

Ứng dụng chủ yếu của axit axetic là sản xuất monome vinyl axetate Ứng dụng này tiêu thụkhoảng 40% đến 45% sản lượng axit axetic trên thế giới Phản ứng có sự tham gia của etylen vớiôxy và chất xúc tác là palladi

H3C-COOH + HO-R → H3C-CO-O-R + H2O, (R = nhóm ankyl tổng quát)

Tuy nhiên, hầu hết este axetat được sản xuất từ acetaldehyt bằng phản ứng Tishchenko Thêmvào đó, các ete axetat được sử dụng làm các dung môi để loại bỏ nitrocellulose, sơn acrylic, véc-

ni, và chất tẩy gỗ Đầu tiên, glycol monoete được tạo ra từ etylene oxit hoặc propylen oxit vớirượu, sau đó chúng được este hóa với axit axetic Ba sản phẩm chính là etylen glycol monoetyl eteaxetat (EEA), etylen glycol mono-butyl ete axetat (EBA), và propylen glycol mono-metyl eteaxetat (PMA) Ứng dụng này tiêu thụ khoảng 15% đến 20% sản lượng axit axetic thế giới Các eteaxetat, ví dụ như EEA, được cho là có hại đối với sức khỏe sinh sản con người

1.5.3 Sản xuất exetic anhydrit

Sản phẩm tách phân tử nước từ hai phân tử axit axetic tạo thành một phân tử gọi là axeticanhydrit Sản xuất axetic anhydrit trên thế giới là một ứng dụng chính chiếm khoảng 25% đến30% sản lượng axit axetic toàn cầu Axetic anhydrit có thể được sản xuất trực tiếp bằng cacbonylhóa metanol từ axit, và các nhà máy sản xuất theo công nghệ Cativa có thể được điều chỉnh để sảnxuất anhydrit

Axetic anhydrit là một chất acetyl hóa mạnh Vì vậy, ứng dụng chính của nó là tạo celluloseacxtat, một chất dệt tổng hợp cũng được dùng trong phim chụp ảnh Axetic anhydrit cũng là mộtchất phản ứng dùng để sản xuất aspirin, heroin, và các hợp chất khác

1.5.4 Giấm

Ở dạng giấm, các dung dịch axit axetic (nồng độ khối lượng của axit 4% đến 18%) được dùngtrực tiếp làm gia vị, và cũng làm chất trộn rau và trong các thực phẩm khác Giấm ăn (tablevinegar) thì loãng hơn (4% đến 8%), trong khi loại giấm trộn thương mại thì nồng độ cao hơn.Lượng axit axetic dùng làm giấm không chiếm tỉ lệ lớn trên thế giới, nhưng là một ứng dụng nổitiếng và được dùng từ rất lâu

1.5.5 Làm dung môi

Axit axetic băng là một dung môi protic phân cực tốt như đề cập ở trên Nó thường được dùnglàm dung môi tái kết tinh cho các hợp chất hữu cơ tinh khiết axit axetic tinh khiết được dùng làmdung môi trong việc sản xuất axit terephthalic (TPA), một nguyên liệu thô để sản xuất polyetylenterephthalat (PET) Năm 2006, khoảng 20% axit axetic được dùng để sản xuất TPA

Axit axetic thường được dùng làm dung môi cho các phản ứng liên quan đến cacbocation, nhưFriedel-Crafts alkylation Ví dụ, một giai đoạn trong sản xuất long não tổng hợp thương mại liênquan đến sự tái sắp xếp Wagner-Meerwein của tạo amfen isobornyl axetat; ở đây axit axetic đóngvai trò vừa là dung môi, vừa là chất ái nhân để giữ carbocation tái sắp xếp axit axetic là dung môi

tự chọn khi giảm một nhóm nitơ aryl tạo anilin bằng cách sử dụng cacbon mang palladi

Axit axetic băng được sử dụng trong hóa phân tích để ước tính các chất có tính kiềm yếu nhưcác amit hữu cơ axit axetic băng có tính bazơ yếu hơn nước, vì vậy amit ứng xử như một bazơmạnh trong dung dịch axit trung bình này Sau đó nó có thể được chuẩn độ bằng cách sử dụngmột dung dịch axit axetic băng của một axit rất mạnh như axit percloric

1.5.6 Các ứng dụng khác

Các axit axetic loãng cũng được dùng tạo độ chua nhẹ Ví dụ như trong quy mô gia đình, nóđược dùng làm chất tẩy cặn vôi từ vòi nước và ấm đun nước

Các dung dịch axit axetic băng loãng có thể được dùng trong các phòng thí nghiệm lâm sàng

để dung giải các hồng cầu cũng như đếm bạch cầu Một ứng dụng lâm sàng khác là dung giải cáchồng cầu, mà có thể làm mờ các thành phần quan trọng khác trong nước tiểu khi phân tích dướikính hiển vi

1.6 Điều chế

Axit axetic được sản xuất theo cả hai phương pháp sinh học và tổng hợp Ngày nay, lượng axitsản 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 ởmột 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 phápcacbonyl hóa metanol Khoảng 15% còn lại được sản xuất từ các phương pháp thay thế khác.Tổng sản lượng axit axetic giấm ước tính khoảng 5 triệu tấn/năm, khoảng nửa trong số đó đượcsản xuất ở Hoa Kỳ Sản lượng ở châu Âu khoảng 1 triệu tấn/năm và đang giảm, trong khi đó NhậtBản sản xuất khoảng 0,7 triệu tấn/năm Khoảng 1,5 triệu tấn được tái chế hàng năm, nâng tổngsản lượng trên thị trướng thế giới lên 6,5 triệu tấn/năm Hai nhà sản xuất axit axetic giấm lớn nhất

là Celanese và Công ty hóa BP Các nhà sản xuất lớn khác như Millennium Chemicals, SterlingChemicals, Samsung, Eastman, và Svensk Etanolkemi

1.6.1 Carconyl hóa metanol

Hầu hết axit axetic giấm được sản xuất bằng phương pháp cacbonyl hóa metanol Trong quytrình này, metanol và cacbon monoxit phản ứng với nhau tạo ra axit aextic theo phương trình:

1925 Tuy nhiên do thiếu các vật liệu có thể chứa các hợp chất gây ăn mòn ở áp suất cao (khoảng

200 atm hoặc hơn) đã không được khuyến khích thương mại hóa phương pháp này Phương phápcacbonyl hóa metanol thương mại đầu tiên, sử dụng chất xúc tác coban, đã được công ty hóa chất

Đức BASF phát triển năm 1963 Năm 1968, chất xúc tác gốc rhodi (cis−[Rh(CO)2I2]−) được pháthiện có thể vận hành một cách hiệu phả ở áp suất thấp mà hầu như không có sản phẩm phụ Nhàmáy đầu tiên cử dụng chất xúc tác này được công ty hóa chất Hoa Kỳ Monsanto xây dựng năm

1970, và cacbonyl hóa metanol với xúc tác rhodi trở thành một phương pháp phổ biến dùng để sảnxuất (xem công nghệ Monsanto) Vào cuối thập niên 1990, Công ty hóa chất BP thương mại hóachất xúc tác Cativa ([Ir(CO)2I2]−), được chết từ rutheni Công nghệ Cativa dùng chất xúc tác iridinày sạch hơn và hiệu quả hơn và đã thay thế phần lớn công nghệ Monsanto, thường dùng trongcùng một nhà máy sản xuất

1.6.2 Ôxy hóa axetaldehyt

Trước khi thương mại hóa công nghệ Monsanto, hầu hết axit aextic được sản xuất bằng cáchôxy hóa axetaldehyt Phương pháp này là phương pháp quaan trọng thứ hai vẫn còn được sử dụngmặc dù nó không thể cạnh tranh với phương pháp carbonyl hóa metanol

Axetaldehyt có thể được sản xuất bằng cách ôxy hóa butan hoặc naphtha nhẹ, hoặc hydrathóa etylen Khi butan hoặc naphtha nhẹ được nung nó trong không khí có mặt các ion kim loạikhác nhau như mangan, coban, và crôm, peroxit và sau đó phân hủy tạo ra axit axetic theo phươngtrình phản ứng:

2 C4H10 + 5 O2 → 4 CH3COOH + 2 H2O