quy trình sản xuất aetandehyt

quy trình sản xuất aetandehyt

ti : Quy trỡnh sn xut Axetandehyt. GVHD : Nguyn Th Hng Anh ************************************************************* MC LC PHN A : C S L THUYT .5 I.Gii thiu v sn phm .5 II.Nguyờn liu sn xut axetandehyt .6 1. AXETYLEN .6 1.1.Tính chất của axetylen .6 1.1.1.Tính chất vật lý 6 1.1.2.Tính chất hóa học 11 1.1.2.a. Đặc điểm cấu tạo của phân tử axetylen .11 1.1.2.b. Các phản ứng quan trọng trong công nghiệp .12 1.1.2.c. Các phản ứng khác 19 1.2. Phơng pháp sản xuất axetylen .20 2. ETYLEN .21 2.1 Tính chất của etylen .21 2.1.1. Tính chất vật lý .21 2.1.2.Tính chất hóa học 22 2.2. Các phơng pháp sản xuất etylen .23 3.ETANOL .24 3.1. Tính chất của etanol .24 3.1.1. Tính chất vật lý .24 3.1.2. Tính chất hóa học .24 Nhúm : 06 Trang Lp 08CDHH ************************************************************* 1 ti : Quy trỡnh sn xut Axetandehyt. GVHD : Nguyn Th Hng Anh ************************************************************* 3.2. Phơng pháp điều chế etanol .25 4. METANOL 26 4.1. Tính chất của metanol 26 4.1.1.Tính chất vật lý 26 4.1.2.Tính chất hóa học .26 4.2.Các phơng pháp sản xuất metanol 27 5.KH T NG HP 27 6.OXI 28 6.1.Tính chất của oxi 28 6.1.1.Tính chất vật lý 28 6.1.2.Tính chất hóa học .28 6.2.Phơng pháp tổng hợp oxi .29 7.AXIT SUNFURIC 29 7.1.Tính chất Axit sunfuric .29 7.1.1. Tính chất vật lý .29 7.1.2.Tính chất hóa học 29 7.2.Sản xuất H 2 SO 4 30 III. Tớnh cht Axetandehyt .31 1. Tính chất vật lý của axetandehyt 31 2. Tính chất hóa học .34 2.1.Phản ứng cộng .34 2.1.1. Phản ứng cộng H 2 O 34 2.1.2. Phản ứng cộng với ancol (rợu) 34 Nhúm : 06 Trang Lp 08CDHH ************************************************************* 2 ti : Quy trỡnh sn xut Axetandehyt. GVHD : Nguyn Th Hng Anh ************************************************************* 2.1.3.Phản ứng cộng với hợp chất amin và amoniac 36 2.1.4. Phản ứng cộng với hợp chất Natri bisunfit .38 2.1.5. Phản ứng cộng với andehyt và xeton .38 2.1.6. Phản ứng cộng với halogen hợp chất halogen .39 2.2. Phản ứng oxi hóa .40 2.3. Phản ứng khử .41 2.4. Phản ứng hỗn hợp 42 2.5. Phản ứng với hợp chất cơ Mg 42 2.6. Phản ứng polime hóa 43 2.7. Phản ứng với hợp chất PCl 5 tạo hợp chất gemdihalogen 43 3. ng dụng của Axetandehyt .44 PHN B : CC PHNG PHP SN XUT AXETANDEHYT .45 1.Sản xuất axetandehyt từ etanol .47 1.1. Dehidro hóa etanol 47 1.2. Sản xuất axetandehyt bằng cách oxi hóa etanol .48 1.3 K thut an ton 49 2. Sản xuất axetandehyt đi từ axetylen 50 2.1. quá trình hidrat hóa trực tiếp axetylen trong pha lỏng 51 2.1.1. Quá trình oxi hóa ớt (Hoechst) .51 2.1.2. Quá trình Chisso 52 2.1.3. Những yếu tố ảnh hởng đến quá trình hidrat hóa axetylen trong pha lỏng . .52 2.2C ch 57 Nhúm : 06 Trang Lp 08CDHH ************************************************************* 3 ti : Quy trỡnh sn xut Axetandehyt. GVHD : Nguyn Th Hng Anh ************************************************************* 2.3. Sản xuất axetandehyt bằng cách hidrat hóa axetylen tiến hành ở pha khí . 59 2.4 K thut an ton 63 3. Sản xuất axetandehyt thông qua vinyl ete 64 4. Quá trình sản xuất axetandehyt thông qua etyliden diacetat .64 5. Sản xuất axetandehyt từ etylen .64 5.1.Oxi hóa trực tiếp etylen .64 5.2Cơ chế phản ứng 65 5.3. Công nghệ sản xuất axetylen từ etylen 69 a. Các phơng pháp có thể sử dụng để sản xuất axetandehyt 69 b. Công nghệ một cấp .70 c. Công nghệ hai cấp 72 6. Đồng phân hóa oxit Etylen (EO) 77 7. Sản xuất axetandehyt đi từ nguồn C 1 . 78 8. Sản xuất axetandehyt đi từ hidrocacbon no .78 9. Đi từ khi tổng hợp (CO + H 2 ) 79 10. Sản xuất axetandehyt từ metanol, metyl acetat hoặc anhidrit axetic 83 11. So sánh các phơng pháp sản xuất axetandehyt 83 12. Cht lng .85 13. Vn chuyn v bo qun .85 Kt Lun 86 Tài liu tham kho .88 Nhúm : 06 Trang Lp 08CDHH ************************************************************* 4 ti : Quy trỡnh sn xut Axetandehyt. GVHD : Nguyn Th Hng Anh ************************************************************* PHN A : C S L THUYT. I.Gii thiu v sn phm. Axetandehyt hay còn gọi là Etanal có công thức phân tử là CH 3 CHO, axetandehyt đợc phát hiện bởi Sheele vào năm 1774, khi ông thực hiện phản ứng giữa mangan đioxit có màu đen (MnO 2 ) và axit sunfuric với rợu. Cấu tạo axetandehyt đợc Liebig giải thích vào năm 1835, ông đã tạo ra axetandehyt tinh khiết bằng việc oxi hóa rợu etylic với cromic và cũng đã xác định rõ tên gọi của sản phẩm này là "andehyt". Axetandehyt là một chất lỏng, có nhiệt độ sôi thấp, nó là một chất lỏng có khả năng bắt lửa cao, có mùi hơi cay. Do có khả năng phản ứng hóa học cao, nên axetandehyt là một sản phẩm hóa học trung gian vô cùng quan trọng trong công nghệ hữu cơ, từ nó có thể sản xuất ra các hợp chất nh axit axetic, anhidric axetic, etyl acetat, axit peracetic, rợu butylic 2-ety- haxanol, penta- etythritol, muối clorua axetandehyt , glyoxal, akyl amin piridin và nhiều chất khác. Axetandehyt đợc sử dụng trong thơng mại đầu tiên là việc sản xuất ra axetal thông qua axit axetic, giữa những năm 1914 đến năm 1918. ở Đức và ở Canada. Axetandehyt là một chất trong quá trình trao đổi chất của thực vật và động vật, trong đó axetandehyt có khả năng tách ra với số lợng nhỏ. Số lợng lớn của axetandehyt có liên quan đến nhiều quá trình sinh học, nó cũng là chất quan trọng nhiều quá trình lên men rợu, axetandehyt cùng có mặt một lợng ít trong đồ uống nh bia, rợu, các rợu mạnh, nó cũng đợc tách ra từ nớc ép trái cây, dầu ăn, cà phê khô, khói thuốc lá. Nhiều quá trình sản xuất axetandehyt mang tính thơng mại nh dehydro hóa hoặc là oxi hóa rợu etylic, quá trình hợp nớc của axetylen oxi hóa từng phần của các hidrocacbon và oxi hóa trực tiếp của etylen. Vào những năm 1970, công suất của quá trình sản xuất theo phơng pháp oxi hóa Nhúm : 06 Trang Lp 08CDHH ************************************************************* 5 ti : Quy trỡnh sn xut Axetandehyt. GVHD : Nguyn Th Hng Anh ************************************************************* trực tiếp trên thế giới 2 x 10 6 tấn/năm. quá trình oxi hóa trực tiếp etylen bây giờ chỉ còn ở Mỹ và Nhật Bản. Nó đợc sản xuất chủ yếu ở Celanese và hãng Eastman (USA), hãng Wacker - Chemic và hãng Hoechst (Đức) xà hãng Aldehyde Co., Kyo-Wa Yuka Co., Mitsubishi Chemical Industries, Chisso Corp., Sumitomo, Showa Denko, Mitsui (Nhật Bản), Montedison (Italia), Lonza (Thuỵ Điển) hãng pemax (Mexico). Năng suất của quá trình sản xuất axetandehyt bằng cách oxi hóa trực tiếp từ etylen, tăng lên từ năm 1960, tuy nhiên axetandehyt đợc chấp nhận bởi một số nhà máy khác bởi vì axetandehyt đợc xem là chất trung gian cần thiết cho các chất hữu cơ khác, các chất hữu cơ này là sự chuyển mạch từ quá trình oxi hóa trên hoặc từ các dẫn xuất của axetandehyt , hầu hết là từ than đá và từ cơ sở Hidrocacbon C 1 , một xu hớng là tiếp tục phát triển quá trình từ C 1 . Sự tiêu thụ axetandehyt những năm gần đây đã giảm dần, do ngày nay có nhiều quá trình sản xuất ra dẫn xuất của axetandehyt đã đợc phát triển nh là quá trình của Oxo cho ta rợu butylic cùng với 2-ethyl hexanol, quá trình của hãng Mohsanto cho ta axit axetic. Tuy nhiên axetandehyt vẫn đợc coi là chất trung gian khá quan trọng trong tổng hợp hữu cơ. Việt Nam, ngành công nghiệp dầu khí đang ngày càng phát triển tạo ra một nguồn nguyên nhiên liệu dồi dào cho các nghành công nghiệp khác, đặc biệt là nghành tổng hợp hữu cơ, từ đó tổng hợp đợc vô số các hợp chất hóa học phục vụ cho đời sống. Với đồ án này nhiệm vụ của em là Thiết kế phân xởng sản xuất acetaldehyd. Với nguyên liệu là axetylen. Axetylen có thể sản xuất ra từ nhiều quá trình chế biến khác nhau nh từ than đá hoặc dầu khí. Từ đó ta có thể tổng hợp ra axetandehyt để phục vụ cho ngành khác nh: dợc phẩm, thuốc nhuộm, thuốc trừ sâu phục vụ cho nền công nghiệp nớc nhà góp phần công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nớc . II.Nguyờn liu sn xut axetandehyt. 1. AXETYLEN: 1.1.Tính chất của axetylen: Nhúm : 06 Trang Lp 08CDHH ************************************************************* 6 ti : Quy trỡnh sn xut Axetandehyt. GVHD : Nguyn Th Hng Anh ************************************************************* 1.1.1.Tính chất vật lý: Hai nguyên tử cacbon của phân tử axetylen ở trạng thái lai hóa sp, chúng liên kết với nhau bằng một liên kết xích ma () và hai liên kết . Mỗi nguyên tử cacbon còn một liên kết xích ma () với nguyên tử H. Độ dài của liên kết này giảm dần theo thứ tự sau: etan, etylen, axetylen. Bảng1: Độ dài các liên kết Cht Liên kết Etan Etylen Axetylen H-C 110,2 108,6 105,9 C-C 154,3 133,7 120,7 Tuy nhiên, theo thứ tự đó thì xu hớng hút electron của nguyên tử cacbon lại tăng (etan <etylen <axetylen). Điều này giải thích tính axít của nguyên tử H trong phân tử axetylen, mà có thể thay thế bằng ion kim loại (M + ) để tạo thành axetilua kim loại MHC 2 hoặc M 2 C 2 . Tính axít của nguyên tử H (pKa = 25) còn đợc thể hiện ở khả năng phản ứng mạnh với các dung dịch bazơ. Đây là phản ứng quan trọng trong quá trình thu hồi axetylen. ở điều kiện thờng axetylen là chất khí không màu, không độc nhng có khả năng gây mê. Axetylen tinh khiết có mùi hơi ngọt, mùi tỏi của axetylen là do axetylen đợc sản xuất từ cacbua canxi có lẫn tạp chất PH 3 , H 2 S, NH 3 , arsenic (AsH 3 ) hoặc silicon hidrit. Những hằng số vật lý cơ bản của axetylen đợc đa ra trong bảng 2. Nhúm : 06 Trang Lp 08CDHH ************************************************************* 7 ti : Quy trỡnh sn xut Axetandehyt. GVHD : Nguyn Th Hng Anh ************************************************************* Bảng 2: Những hằng số vật lý cơ bản của axetylen Những hằng số vật lý cơ bản của axetylen Khối lợng phân tử (M) Giá trị điểm 3 T P Nhiệt nóng chảy Nhiệt bay hơi Các đại lợng tới hạn T r P r r Điểm nóng chảy ở 101,3kPa Điểm thăng hoa ở 101,3kPa khí lỏng (181,1K) Tính chất ở 273,15K và 101,3 kPa: + khí + Nhiệt dung riêng (C p ) + Nhiệt dung riêng (C v ) + C p / C v + Độ nhớt động học + Độ dẫn nhiệt + Tốc độ truyền âm + Hệ số nén + Entropy + Entanpy 26,038 Kg/Kmol 192,6 K (-80,4 0 C) 128,2 kPa 5,585kJ/mol 15,21kJ/mol 308,85K 6,345Mpa 0,231g/cm 3 192,15K(-80,85 0 C) 189,55K(-83,45 0 C 1,729.10 -3 g/cm 3 0,729 g/cm 3 1,729.10 -3 g/cm 3 42,7J.mol -1 .K -1 34,7J.mol -1 .K -1 1,23 9,43 à .Pa.S 0,0187 W/m.K 341 m/s 0,9909 8,32 kJ/mol 197 J/mol.K Quá trình tạo thành axetylen cần cung cấp một lợng nhiệt lớn: 2C + H 2 C 2 H 2 (1); H f = +226,90 kJ/mol tại T= 298,15K. nhiệt độ phòng và áp suất khí quyển axetylen không phân hủy. Khi áp suất vợt quá áp suất khí quyển thì sự phân hủy bắt đầu xảy ra. axetylen lỏng có thể Nhúm : 06 Trang Lp 08CDHH ************************************************************* 8 ti : Quy trỡnh sn xut Axetandehyt. GVHD : Nguyn Th Hng Anh ************************************************************* bị phân hủy bởi nhiệt, va chạm và xúc tác. Vì vậy, không đợc hóa lỏng để vận chuyển và tồn chứa. axetylen rắn ít bị phân hủy hơn nhng rất không ổn định và nguy hiểm. Độ tan của axetylen trong nớc và các dung môi hữu cơ là rất quan trọng trong vận chuyển phân tách và tinh chế. Những giá trị cụ thể cho ở bảng 3. Bảng 3: Hệ số tan của axetylen trong một số dung môi (áp suất riêng phần của C 2 H 2 0,1 Mpa ) Dung môi T 0 , C Hệ số tan, mol.kg -1 .bar -1 Metanol Etanol Axetandehyt Metyl formate Metyl acetat Etylen glycol Hexan Cyclohexan Benzen Tetraclorua cacbon Hexametylphotphoric diamit Tetrametylure Dimetylsunfoxit Dimetylaxetamit -76 0 25 25 -70 0 25 25 25 25 25 25 25 25 20 25 25 25 19,20 1,07 0,62 0,31 31,70 2,14 1,32 0,89 0,91 0,13 0,15 0,11 0,25 0,07 2,33 1,14 1,47 1,14 Bảng 4: Đa ra những giá trị độ hòa tan của axetylen và một số hidrocacbon C 1 ữ C 3 trong O 2 lỏng ở 90K. Nhúm : 06 Trang Lp 08CDHH ************************************************************* 9 ti : Quy trỡnh sn xut Axetandehyt. GVHD : Nguyn Th Hng Anh ************************************************************* Hợp chất Độ hòatan, % mol CH 4 C 2 H 6 C 2 H 4 C 2 H 2 C 3 H 8 C 3 H 6 98 12,8 2,0 5,6.10 -4 0,98 0,36 Độ tan của axetylen trong O 2 lỏng và N 2 lỏng thay đổi theo nhiệt độ đợc mô tả theo phơng trình sau: Dung môi N 2 lỏng: 49,9.051,0log = Tx Dung môi O 2 lỏng: 73,8.039,0log = Tx axetylen có thể đợc làm giàu từ hỗn hợp hidrocacbon C 2 bằng chng nhiệt độ thấp. Để tránh phân hủy thì nồng độ trong dòng hơi của axetylen không vợt quá 42% phần khối lợng. Dới áp suất (P > 0,5 Mpa, T = 0 0 C) axetylen và nớc (H 2 O) tạo thành tinh thể C 2 H 2 (H 2 O) 5,8 . Nếu có mặt axeton sẽ tạo thành tinh thể [C 2 H 2 ] 2 . [(CH 3 ) 2 CO]. [H 2 O] 17 . Hệ số tự phân tán của axetylen ở 25 0 C và 0,1 Mpa là 0,133 cm 2 .s -1 . Hệ số phân tán tơng hỗ ở 0 0 C và 0,1 MPa trong hỗn hợp với He, Ar, O 2 và không khí lần lợt là 0,538 ; 0,141; 0,188 và 0,191 cm 2 .s -1 . axetylen hấp phụ trên C * hoạt tính (than hoạt tính), SiO 2 và Zeolite. axetylen cũng hấp phụ trên bề mặt một số kim loại và thủy tinh. Khi cháy axetylen tỏa ra một lợng nhiệt lớn. Khả năng sinh nhiệt của axetylen bằng 13,387 Kcal/m 3 . Do đó ngời ta thờng dùng axetylen để cắt hàn kim loại. Khi phân hủy axetylen có thể xảy ra phản ứng nổ và nhiệt độ lên đến 2800 0 C. C 2 H 2 2C + H 2 ; H 0 298 = -54,2 Kcal/mol. Nhúm : 06 Trang Lp 08CDHH ************************************************************* 10 [...]... crômic (H2CrO4) axetylen tạo thành axit foocmic (HCOOH), CO2, và các sản phẩm bị oxi hóa khác 1.2 Phơng pháp sản xuất axetylen Từ năm 1940 trở về trớc thì axetylen đợc sản xuất từ cacbua canxi Quá trình sản xuất axetylen từ hidrocacbon bắt đầu đợc nghiên cứu từ sau đại chiến thế giới lần thứ hai quá trình này ban đầu đợc tiến hành trong phòng thí nghiệm với mục đích là xác định các điều kiện biến đổi hidrocacbon... sản xuất axetylen Ngoài ra ngời ta còn dùng các phơng pháp truyền nhiệt mới hiện đại hơn để sản xuất axetylen nh nhiệt phân trong dòng plasma nhiệt độ thấp vv Các phơng pháp mới ngày càng cho phép tổ chức sản xuất axetylen theo sơ đồ công nghệ đơn giản hơn, lò phản ứng nhỏ nhng năng suất vẫn lớn vốn đầu t không cao Kết hợp với việc sử dụng hiệu quả (tận dụng hợp lý) các sản phẩm thu đợc trong quá trình. .. đá ( quá trình khí hóa than đá) và từ khí thiên nhiên hay là từ khí đồng hành Khí tổng hợp đợc sử dụng khá rộng rãi trong quá trình tổng hợp hữu cơ Tuỳ theo yêu cầu sản phẩm, mục đích sử dụng quá trình oxi hóa không hoàn toàn thành khí tổng hợp Các quá trình cơ bản tổng hợp metanol: - Quá trình chuyển hóa bằng hơi nớc: Đây là một quá trình tổng hợp công nghệ đợc sử dụng rất phổ biến trong quá trình tổng... CO + 2H2 + 35,7 KJ/mol Sản phẩm ngoài CO và H2 còn có CO2 và H2O Nhiệt độ của quá trình phản ứng 1000 - 11000C quá trình nhiều khi không cần sử dụng đến xúc tác - Quá trình chuyển hóa có xúc tác: Quá trình dựa trên cơ sở phản ứng giữa khí thiên nhiên, hơi nớc và oxi quá trình này yêu cầu áp suất cao hơn quá trình chuyển hóa bằng hơi nớc, tiêu tốn năng lợng thấp hơn cho quá trình nén và có thể sử dụng... nghiệp, etylen có thể thu đợc từ khí than cốc Ngày nay, ngời ta chủ yếu thu khí etylen từ quá trình chng cất dầu mỏ.Trên 97% sản lợng etylen thu đợc trên thế giới đợc sản xuất từ quá trình cracking dầu mỏ Nguồn etylen thu đợc chủ yếu lấy từ khí đồng hành hoặc từ các mỏ khí tự nhiên Qua các quá trình chế biến nh quá trình hấp thụ, hấp phụ, ngng tụ, chng cất nhiệt độ thấp ta thu đợc etylen tinh khiết dùng... trong quá trình này là Cu, áp suất sử dụng trong quá trình là 100atm, nhiệt độ ở 100 0C Các phản ứng xẩy ra trong quá trình này là đều tỏa nhiệt Do đó ta cần khống chế ở nhiệt độ thấp để tránh phân hủy sản phẩm Ngày nay phơng pháp chủ yếu để sản xuất metanol là đi từ khí tổng hợp 5.KH TNG HP Nhúm : 06 Trang 27 Lp 08CDHH ************************************************************* ti : Quy trỡnh sn... hóa etylen hai thiết bị Sản xuất etanol bằng phơng pháp lên men Nhúm : 06 Trang 25 Lp 08CDHH ************************************************************* ti : Quy trỡnh sn xut Axetandehyt GVHD : Nguyn Th Hng Anh ************************************************************* Đây là phơng pháp chủ yếu dùng để sản xuất etanol có nồng độ thấp dùng cho sinh hoạt hằng ngày Phơng trình phản ứng xẩy ra nh... ti : Quy trỡnh sn xut Axetandehyt GVHD : Nguyn Th Hng Anh ************************************************************* axetylen Nhờ tích luỹ đợc các kinh nghiệm cả về lý thuyết lẫn thực tế của công nghiệp nhiệt phân đã cho phép phát triển và thiết kế các thiết bị đầu tiên để sản xuất axetylen bằng cách nhiệt phân hidrocacbon ở nhiệt độ cao Quá trình nhiệt phân trực tiếp hidrocacbon để sản xuất axetylen... lợng 1: 0,3 hoặc1: 0,8 quá trình xảy ra ở nhiệt độ 250-3000C và áp suất 6-8Mpa, xúc tác sử dụng cho quá trình này là axit sunfuric Hiệu suất lớn hơn 90% Điều chế etanol bằng quá trình hydrat gián tiếp quá trình diễn ra nh sau: C2H4 + H2SO4 C2H5OSO3H C2H5OSO3H + C2H4 C2H5OSO2OC2H5 C2H5OSO2OC2H5 + H2O C2H5OH + C2H5SO4H C2H5OSO3H + H2O C2H5OH + H2SO4H Nhiệt độ trong quá trình này từ 60 - 1000C Thờng... của quá trình etinyl hóa là: HC CH + RCOR1 HCC C(OH)RR1 Trong đó: R, R1 là gốc ankyl hoặc H Những sản phẩm quan trọng nhất từ quá trình etinyl hóa sản phẩm là rợu đó là propargyl (2-propyl-1 ol) và butynediol( 2 butyne-1,4-diol): 2 H O 2 C H HC CH + HCHO Xt Cu C. HCCCH2OH 2 HCCH + 2HCHO 2 2 2 2 Xt Cu 2 C. HOCH2CCCH2OH 2 2 H 2 O 2 C 2 H 2 Xúc tác: Cu2C2.2H2O.2C2H2 Một số phản ứng của quá trình etinyl . các sản phẩm bị oxi hóa khác. 1.2. Phơng pháp sản xuất axetylen. Từ năm 1940 trở về trớc thì axetylen đợc sản xuất từ cacbua canxi Quá trình sản xuất. tục phát triển quá trình từ C 1 . Sự tiêu thụ axetandehyt những năm gần đây đã giảm dần, do ngày nay có nhiều quá trình sản xuất ra dẫn xuất của axetandehyt