TÀI LIỆU ôn THI TỔNG hợp hữu cơ và hóa dầu

TÀI LIỆU ôn THI TỔNG hợp hữu cơ và hóa dầu TÀI LIỆU ôn THI TỔNG hợp hữu cơ và hóa dầu TÀI LIỆU ôn THI TỔNG hợp hữu cơ và hóa dầu TÀI LIỆU ôn THI TỔNG hợp hữu cơ và hóa dầu TÀI LIỆU ôn THI TỔNG hợp hữu cơ và hóa dầu TÀI LIỆU ôn THI TỔNG hợp hữu cơ và hóa dầu TÀI LIỆU ôn THI TỔNG hợp hữu cơ và hóa dầu TÀI LIỆU ôn THI TỔNG hợp hữu cơ và hóa dầu TÀI LIỆU ôn THI TỔNG hợp hữu cơ và hóa dầu TÀI LIỆU ôn THI TỔNG hợp hữu cơ và hóa dầu TÀI LIỆU ôn THI TỔNG hợp hữu cơ và hóa dầu TÀI LIỆU ôn THI TỔNG hợp hữu cơ và hóa dầu TÀI LIỆU ôn THI TỔNG hợp hữu cơ và hóa dầu TÀI LIỆU ôn THI TỔNG hợp hữu cơ và hóa dầu TÀI LIỆU ôn THI TỔNG hợp hữu cơ và hóa dầu TÀI LIỆU ôn THI TỔNG hợp hữu cơ và hóa dầu TÀI LIỆU ôn THI TỔNG hợp hữu cơ và hóa dầu TÀI LIỆU ôn THI TỔNG hợp hữu cơ và hóa dầu TÀI LIỆU ôn THI TỔNG hợp hữu cơ và hóa dầu

Tổng quan về nguyên liệu của công nghệ tổng hợp hữu cơ – hóa dầu:

Nguyên liệu chủ yếu để sản xuất các sản phẩm hữu cơ là những chất hữu cơ hóa thạch – than

đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên Từ đó, người ta thu được hầu hết các loại nguyên liệu ban đầu cho các quá trình tổn hợp hữu cơ hóa dầu: parafin, olefin, hydrocacbon thơm, axetilen và khí tổng hợp

1 Parafin

Hydrocacbon no được chia ra thành nhiều nhóm sau: parafin thấp phân tử C1 – C5 ở dạng riêng lẻ; parafin cao phân tử C10 – C40 là hỗn hợp lỏng và rắn của những đồng đẳng với số cacbon khác nhau

1.1 Parafin thấp phân tử

Metan là chất khó hóa lỏng, nhưng tất cả các parafin dạng khí khác đều ngưng tụ khi làm lạnh bằng nước dưới tác dụng của áp suất Quan trọng là sự khác biệt về nhiệt độ sôi của n-butan với iso-butan, của n-pentan với iso-pentan đủ lớn để có thể tách ra bằng phương pháp chưng cất phân đoạn Parafin thấp phân tử không tan trong nước và chất lỏng phân cực nhưng bị hấp thụ bởi những hydrocabon khác và các chất hấp phụ rắn Parafin thấp phân tử tạo với không khí những hỗn hợp nổ nguy hiểm Nguồn gốc chính của parafin thấp phân tử là khí thiên nhiên và khí đồng hành, cũng như khí thu được từ các quá trình chế biến dầu mỏ có sự tham gia của hydro Để tách khí dầu mỏ, người ta có thể dùng các phương pháp hấp phụ, ngưng tụ, chưng cất Chưng cất là phương pháp được dùng nhiều nhất

Tách parafin thấp phân tử: khi tách những khí khó ngưng tụ phải dụng áp suất cao (2-4MPA)

và làm lạnh sâu Khi tách etan và metan khỏi những hydrocacbon khác bằng phương pháp chưng cất, người ta thường kết hợp với hấp phụ để không phải làm lạnh sâu và kinh tế hơn

Các phản ứng chính

Thuyết minh sơ đồ khí hóa than bằng công nghệ Texaco

Nhiệt độ phản ứng cao đồi hỏi vật liệu lớp lóp đắt tiền

Công nghệ Bayer Hoechst và USI Chemicals (pha khí)  Sản

xuất Vinyl Acetate

Quá trình được tiến hành trong thiết bị phản ứng ống chùm Dòng nguyên liệu đầu vào là Axit acetic, Etylen đã được gia nhiệt từ trước và các dòng tuần hoàn được đưa vào tháp bốc hơi, tháp bốc hơi làm việc ở 140 0 C, áp suất 1MPa Sau đó hỗn hợp acetylene và etylen

ở đỉnh tháp bốc hơi được gia nhiệt đến 160 0

C rồi trộn với oxy với 1 tỷ lệ nhất định( 50% ethylene, 15% axit acetic, 6% oxy, 29% khí trơ) và đưa vào ở đáy thiết bị phản ứng làm việc ở áp suất 0,5-1MPa, nhiệt độ từ 175-200 0 C Nhiệt phản ứng được tách nhờ dòng chất tải nhiệt lạnh chạy tuần hoàn bên ngoài ống phản ứng và được sản xuất hơi nước áp suất thấp Xúc tác ở thiết bị phản ứng: 1-3%Pd, chất phụ trợ acetate kim loại kiềm 0,5-5%,

chất mang SiO 2 , Al 2 O 3… chất mang đưa vào nhằm tăng độ hoạt động và độ chọn lọc của xúc tác

Sản phẩm ở đỉnh tháp phản ứng khi rời tháp có nhiệt độ là 160 0 C và áp suất 0,7MPa được làm lạnh giảm xuống còn 130 0 C bằng cách trao đổi nhiệt với dòng etylen tuần hoàn và một phần được ngưng tụ bằng cách làm lạnh bổ sung Sau đó được đưa vào tháp hấp thụ

để hấp thụ bằng axit acetic và rửa nước nhằm thu hồi sản phẩm Vinyl acetate tạo thành

và axit acetic chưa phản ứng ở đáy tháp và khí không hấp thụ là etylen chưa phản ứng và khí CO 2 Phần khí này sẻ 1 phần sẻ được thải ra để tách tich tụ khí trơ, phần còn lại được nén, tách CO 2 bằng hấp thụ hóa học với K 2 CO 3 để thu hồi ethylene, dung môi hấp thụ được tái sinh trong tháp nhả hấp thụ

Dung dịch vinyl acetate, axit acetic và nước được đưa sang bộ phận xử lý và làm sạch Tại tháp chưng đầu tiên cao 60 đĩa, thêm chất ức chế là hỗn hợp, O 2 và CO 2 vào tháp, axit acetic 97±99% được tách ra ở sản phẩm đáy và được tuần hoàn trở lại Sản phẩm đỉnh sau khi được ngưng tụ và lắng được đưa tới 2 tháp thiếp theo để tách vinyl acetate ra khỏi nước và tách nước ra khỏi vinyl acetate Quá trình phân tách pha xảy ra trong thiết bị lắng Pha nước chứa vinyl acetate được đưa vào tháp chưng tách vinyl acetate ra khỏi nước Pha hữu cơ chứa nước được đưa vào tháp tách nước ra khỏi vinyl acetate Sản phẩm đáy của thiết bị tách nước ra khỏi vinyl acetate chứa vinyl acetate tho khan được đưa sang tháp tách sản phẩm nhẹ metylaxetat và axetaldehit (25 đĩa) và tháp tách sản phảm nặng etylaxetat (100-120 đĩa) để thu được vinyl acetate thương phẩm

Sản xuất VC bằng phương pháp hydroclo hóa Acetylen (Trong pha khí)

- Xử lý nguyên liệu: Nguyên liệu axetylen sau khi đi qua máy nén tới áp suất cao được choddi qua hệ thống tháp sấy gồm 2 tháp số (1) và tháp (2) nhằm tách tối đa lượng hơi nước có lẫn trong khí Tác nhân sấy được dùng trong quá trình là H 2 SO 4 đặc Khí Axetylen được bơm từ dưới tháp lên di qua lớp dung dich H 2 SO 4 đặc được cho từ trên xuống, do đăc tính háo nước của H 2 SO 4 đặc nên khí C 2 H 2 sẻ được sấy tới yêu cầu cần thiết Khí Axetylen sau khi được sấy đi ra từ đỉnh tháp (2) được kết hợp với dòng Axetylen tuần hoàn cùng với dòng khí HCl được đưa vào thiết bị trộn Trong quá trìn này sử dụng lượng HCl dư 10%

- Tại tháp phản ứng: Hỗn hợp khí thu được ở thiết bị trộn được đưa sang thiết bị phản ứng ống chùm đặt song song với nhau Mỗi thiết bị có đường kính 2m, chiều cao là 4m chưa từ 1500-2000 ống xúc tác Xúc tác sử dụng là than hoạt tính nhứng ướt dung dịch HgCl 2 , sấy khô hoặc có thể thay than hoạt tính bằng silicate Tháp hoạt động ở nhiệt

độ 100-170 0

C, áp suất 0,3-0,7 MPa

- Xử lý sản phẩm: Hỗn hợp khí ra khỏi thiết bị phản ứng gồm 93% VC, 5%HCl, 10% C 2 H 2 , 0,3% CH 3 CHO + CH 3 CHCl 2 , hơi HgCl 2 được đưa sang hệ thống tách HCl

0,5-dư gồm tháp (6) và (7) Tại tháp (6) hỗn hợp sản phẩm được rửa bởi nước Do axit HCl tan tốt trong nước nên tại đây phần lớn HCl được tách ra ở đáy tháp dưới dạng dung dịch Phần khí không bị hấp thụ qua đỉnh tháp (6) được đưa qua tháp (7), tại đây HCl còn lại sẻ được loại bỏ hết bởi dung dịch NaOH Phần khí không bị hấp thụ

từ đỉnh tháp (7) là VC, C 2 H 2 , H 2 O, CH 3 CHO, CH 3 CHCl 2 được nén đến 0,7-0,8 MPa và làm lạnh, phần lớn sẻ được ngưng tụ Nước sẻ được tách ra hoàn toàn từ thiết bị lắng Phần lớn khí nhẹ không ngưng tại thiết bị lắng có thành phần chủ yếu là axetylen dư được đưa sang hệ thống thu hồi axetylen gồm tháp hấp thụ axetylen để tách sản phẩm không hấp thụ và tháp nhả hấp thụ axetylen tuần hoàn về thiết bị phản ứng Dòng công nghệ ở đáy bể lắng được đưa sang tháp chưng cất nhẹ Sản phẩm đáy tháp chưng cất nhẹ thu được gồm VC, 1,1-Dichloroethane, Acetaldehyde được đưa sang tháp tinh chế VC Đây là tháp chưng cất nhiệt độ thấp ở 0,4-0,5 MPa Sản phẩm VC thu được ở đỉnh tháp, sản phẩm nặng thu được đáy tháp

Oxy hóa Propylen sản xuất Axeton:

Nguyên tắc quá trình:

Sơ đồ như hình đầu tiên

Tổng hợp Axeton từ Dehydro hóa Isopropanol:

Sử dụng xúc tác Cu trên SiO2 (SiO2, Al2O3-SiO2)

Phản ứng diễn ra tại pha hơi:

Quy trình công nghệ:

- Đầu tiên, Isopropanol được gia nhiệt nhờ hơi nước Sau đó, được nén tiếp tới 4-5 atm

- Sau khi nén, isopropanol đi vào trong ống của thiết bị phản ứng dạng ống chùm

Trong đường ống có chứa xúc tác đồng

- Phản ứng xảy ra tại 400-5000C sử dụng khí gia nhiệt, dòng khí đi ngoài ống và ra khỏi thiết bị

- Sau khi phản ứng, dòng khí nặng sử dụng nước làm lạnh để ngưng tụ:

+ Isopropanol và acetone dạng khí nặng đi tới thiết bị tách

+ Dòng khí Isopropanol còn lại và aceton được hấp thụ trong nước nhờ thiết bị Water Scrubber

- Hỗn hợp acetone, isopropanol, nước thu được từ thiết đáy thiết bị rửa nước được đưa tới tháp tách acetone Ở đây acetone được tách khỏi hỗn hợp và lấy ra ở đỉnh tháp Isopropanol và nước tách ra được lấy ra ở đáy tháp, sau đó chúng đi sang thiết bị thu hồi Isopropanol Tại tháp thu hồi Isopropanol, nước nặng hơn được tách ra ở đáy cột

và được hồi lưu sử dụng làm nước rửa ở thiết bị rửa nước Dòng isopropanol nhẹ hơn, lấy ra ở đỉnh tháp, sau gia nhiệt một phần hồi lưu lại đỉnh tháp, phần còn lại quay trở lại tham gia phản ứng từ đầu

Oxi hóa Cumen sản xuất axetone:

Nhiệt độ: 1200C

Áp suất: 1atm; quá trình phản ứng trong pha lỏng; Độ chọn lọc của cumene là 90% ; Tỉ lệ sản phẩm là 60% phenol và 40% Aceton

Oxi hóa Propylen tạo thành Acrilic axit:

CÔNG NGHỆ CFR SẢN XUẤT BUTENE

Dòng nguyên liệu là isobutene 38,5% được đưa vào thiết bị phản ứng thứ nhất, tại đây chúng ta đưa thêm vào H 2 SO 4 50% khối lượng, tháp hoạt động ở áp suất 0,4-0,5 MPa, nhiệt độ 50 0 C Sau khi ra khỏi tháp phản ứng thứ nhất dòng sản phẩm được đưa vào thiết

bị lắng ở áp suất chân không để hạ nhiệt để nhằm tách butan, buten và isobutene chưa phản ứng để đưa sang tháp phản ứng số 2 Ở thiết bị phản ứng số 2 và 3 cũng như ở tháp

1, sai khi phản ứng xong thì đem lắng, ở đáy thiết bị lắng ta thu được 1 lượng H 2 SO 4 tinh khiết và rượu bậc 3 Ở đáy thiết bị tách thứ 3 thì được đưa về tháp 2 và từ đáy thiết bị 2 thì được đưa về tháp 1, bởi dòng sản phẩm đem đi tinh chế là từ thiết bị thứ nhất chứ không phải thiết bị số 3

- Ở thiết bị lắng thứ 3 thì lúc này nồng độ izobuten gần như đã hết chỉ còn lại butan

và buten mạch thẳng chưa phản ứng sẻ được tách ra và chuyển sang tháp rửa

rafinat bằng kiềm để tách hết axit rồi đem sang rửa bằng nước rồi cho ra ngoài

- Sản phẩm chính ở đáy thiết bị lắng số 1 bao gồm sunlfat, t-butyl alcohol(chiếm phần lớn), 1 lượng nhỏ rafiinate, polymer, các sản phẩm phụ khác… được cho vào tháp tách khí/lỏng Rafinat được tách ở đỉnh,ở đáy tháp dòng sản phẩm đưa sang tháp tách nước làm việc ở 120 0

C thực hiện theo cơ chế Dehydrate hóa:

Axit lấy ra ở đáy tháp rồi đem tái sinh, còn dòng sản phẩm ở đỉnh tháp bao gồm

phần lớn là izobuten( vừa tách ra từ rượu bậc 3), polymer, nước, rượu bậc 3 sẻ được đưa sang tháp rửa bằng kiềm để tách hết axit rồi đưa sang tháp tách phần nhẹ và phần nặng Phần nhẹ chứ phần lớn là izobuten, 1 lượng nhỏ polymer và rượu bậc 3

sẻ đem sang tháp tinh chế để thu hồi izobuten đạt độ tinh khiết 98,2% Còn

polymer, nước, rượu bậc 3 được đưa sang tháp tách polymer rồi đưa sang tháp

chưng cất để tách rượu bậc 3 tái sử dụng cho quá trình

Công nghệ Nipon-Zeon

Dòng màu vàng là dung môi, màu xanh là dòng chứa butadiene

Dòng nguyên liệu C4 được gia nhiệt tới 500C rồi được đưa vào tháp chưng trích ly đầu tiên, tháp cao 200 đĩa, hoạt động ở nhiệt độ 45-1150

C, áp suát 0,5-0,7MPa Ở đây nguyên liệu sẻ được trao đổi nhiệt với dòng dung môi được đi từ dưới lên và cho vào phía trên đỉnh tháp Các cấu từ như là butan, buten sẻ không hòa tan trong dung môi dimethyl fomahit do đó nó sẻ bay ra

ở đỉnh tháp (C4 Rafinat) Butadien hòa tan trong dung môi ở đáy tháp sẻ chuyển sang tháp tái sinh thứ nhất để tách butadien ra, tháp cao 15 đĩa hoạt động ở 45-1600C, áp suất 0,11-0,14Mpa Dòng sản phẩm vẫn còn chứa hợp chất acetylenic nên ta cho vào tháp trích ly số 2 tháp cao 60 đĩa hoạt động ở 45-1800

C, áp suất 0,5Mpa để tách acetylenic ra khỏi butadiene, trước khi cho vào tháp trích ly số 2 thì giảm áp đến 0,5MPa Dòng butadiene sau khi ra khỏi tháp chưng trích

ly số 2 sẻ chứa thêm CH3C≡CH, cặn C4 và C5 Dòng sản phẩm tiếp tục đưa sang tháp tách phân đoạn nhẹ để tách CH3C≡CH, ở đáy tháp sản phẩm đưa qua tháp chưng cuối cùng để thu hồi 1,3 Butadien Tháp chưng cuối cùng này cần thêm vào chất ức chế để dể dàng thu hồi 1,3 Butadien

Còn dung môi sẻ được thu lại rồi đem qua khu vực tách nước, tách các polymer và được tái sử

dụng

ACRYLONITRILE

Đây là sơ đồ công nghệ SOHIO tháp phản ứng giả tầng sôi

Dòng nguyên liệu bao gồm Propylen được gia nhiệt tới 200 0 C, hỗn hợp không khí/ammoniac/hơi nước được đưa vào đáy tháp phản ứng chính Tháp phản ứng chính là tháp Amoxi hóa làm việc ở nhiệt độ 420-480 0 C và áp suất 0,15-0,3MPa Thờ gian lưu không quá 15s để hạn chế các phản ứng như là polymer hóa, dime hóa Do đó khi ra khỏi

lò phản ứng chúng ta phải làm lạnh nhanh, đầu tiên khi ra khỏi lò phản ứng ta làm lạnh gián tiếp để hạ nhiệt độ xuống còn khoảng 400 0 C sau đó đưa ngay vào tháp làm lạnh trực tiếp ở bên dưới tháp Giữa tháp làm lạnh trực tiếp ta cho H 2 SO 4 vào để trung hòa NH 3 dư (vì trong khoảng 400 0 C vẫn còn xảy ra các phản ứng propylene , ammoniac với oxi nên cần cho H 2 SO 4 vào) Sau khi trung hòa thì amoni sunfat sẻ lấy ra từ đáy tháp, dòng sản phẩm ra khỏi tháp được làm mát bởi nước ở 5 0 C để giảm nhiệt độ xuống còn 40-45 0 C rồi cho vào tháp hấp thụ nitrile Tiếp tục sử dụng nước ở 5 0 C để hóa lỏng các sản phẩm hữu

cơ, các khí chưa phản ứng hết như propyle hay oxy, propan cho ra ở đính tháp rồi đem đốt Dòng hữu cơ sau đó được đưa sang tháp chưng dị đảng phí để tách oxeton nitril,

CH 3 CN ra, tháp sử dụng cao từ 70-80 đĩa Dòng sản phẩm chính ra ở đỉnh tháp gồm có

CH 2 =CH-CN, HCN, hợp chất C=O… sẻ được làm lạnh rồi tách pha ra, dòng nước qua về

tháp để tiếp tục làm lạnh cho quá trình, dòng hữu cơ thì đi qua khu vực tinh chế Trước khi vào tháp tách HCN thì được gia nhiệt, xúc tác là các chất ức chế polyme, ở đỉnh tháp thu được HCN Ở đáy tháp dòng sản phẩm đi qua tháp tách cách tạp chất cacbonyl (aceton, C 2 H 5, aprolein…) rồi đưa sang tháp tinh chế acylonnitrile, trước khi vào tháp ta cho them 1 lượng nhỏ axit ocxalic nhằm ngăn cản quá trình phân hủy acylonnitrile thành HCN Bên hong tháp ta thuc được acylonnitrile, đỉnh tháp còn chứa 1 ít hơi acylonnitrile nên cho về lại tháp tách cacbonyl để lặp lại quá trình Đáy tháp tinh chế cho qua tháp thu hồi acylonnitrile để tách polymer ra, đỉnh tháp thì t đưa về tháp thu hồi hợp chất hữu cơ trong pha nước để thu hồi amonisunfat