Khí cháy Axetylen toả ra một lợng nhiệt rất lớn và khảnăng sinh nhiệt của Axetylen là 13,307 KCal/m3, giới hạn nổ của Axetylenxảy ra trong cùng một điều kiện nhiệt độ và áp suất nhất địn
Trang 1Phần I: Tổng quan lý thuyết
Chơng I Tính chất của nguyên liệu và sản phẩm
A Tính chất của nguyên liệu.
I Một số tính chất chung của Axetylen.
Ta thấy ở điều kiện thờng Axetylen là một chất khí không màu, không
độc ở dạng tinh khiết, nó có mùi ete yếu và có khả năng gây mê, Axetylen ởdạng nguyên chất có vị hơi ngọt
1 Một số tính chất của Axetylen:
- áp suất tới hạn: 6,04MaP
- Nhiệt độ thăng hoa: 21,59KJ/mol
- Nhiệt hoá hơi: 15,21 KJ/mol
Ngoài ra Axetylen còn tan mạnh trong các dung môi hữu cơ, Axetylencũng có thể tan trong nớc Độ chọn lọc của Axetylen trong các dung môi khácnhau, do đó rất quan trọng trong quá trình tinh chế cũng nh trong quá trìnhbảo quản Axetylen Khí cháy Axetylen toả ra một lợng nhiệt rất lớn và khảnăng sinh nhiệt của Axetylen là 13,307 KCal/m3, giới hạn nổ của Axetylenxảy ra trong cùng một điều kiện nhiệt độ và áp suất nhất định ở nhiệt độ 00C
và 1 at axetylen tạo với không khí hỗn hợp nổ trong giới hạn từ 23% 81%thể tích và giới hạn nổ với oxy là 2,8% thể tích, độ nguy hiểm về nổ củaAxetylen càng tăng do sự phân rã của nó thành những chất đơn giản
C2H2 2C + H2
Đây là phản ứng phân huỷ của để tạo thành C và H2 sự phân rã này xảy
ra không có oxy nhng có những chất kích hoạt tơng ứng (tia lửa, do ma sát,
đốt cháy…).)
Có thể nói Axetylen rất dễ dàng tạo hỗn hợp nổ với Clo và Plo và nhất
Trang 2Axetylen, khi vận chuyển ngời ta pha thêm một lợng khí trơ hydrô, amôniacvào.
Bên cạnh đó Axetylen còn có một tính năng quan trọng khác là khảnăng hoà tan tốt trong nhiều chất lỏng hữu cơ và vô cơ xét về độ hoà tan thì độhoà tan của Axetylen là tơng đối cao trong các dung môi có cực Trong mộtthể tích nớc có thể hoà tan 0,37 thể tích Axetylen
Nhng độ hoà tan của Axetylen có thể giảm trong dung dịch muối ăn vàCa(OH)2 Do vậy chúng ta có thể kết luận rằng nồng độ hoà tan của Axetylenrất có ý nghĩa trong việc điều chế và tách ra khỏi hỗn hợp khí
2 Tính chất hoá học.
Axetylen là một hydrô các bua không no, nó có liên kết ba trong phân
tử do đó có khả năng hoạt động hoá học cao Liên kết ba phân tử Axetylen đ
-ợc tạo thành do liên kết và liên kết khi tham gia phản ứng hoá học Cácliên kết ba trong phân tử sẽ bị phá vỡ và tạo thành liên kết đôi hoặc các hợpchất bão hoà, khi đó Axetylen có khả năng tham gia vào các phản ứng nh:phản ứng thế, phản ứng trùng hợp, kết hợp Vì vậy từ Axêtylen ta có thể thấyrằng Axetylen có thể tổng hợp đợc các sản phẩm khác nhau và có thể ứngdụng vào nhiều lĩnh vực trong công nghiệp và đời sống
a Phản ứng thế.
Nguyên tử H của Axetylen do thể hiện tính Axit nên nó có khả năngtham gia các phản ứng thế với các kim loại kiềm nh: Cu, Ag, Ni, Hg, Co,
Zn…) tạo thành Axetylenit kim loại rất dễ nổ:
2Me + C2H2 Me2C2 + H2 (Me: Kim loại kiềm)
HC CH Na
NaC CNa + H2.
HC CH 2Cu
Cu - C C - Cu +H2.Khi Axetylen tác dụng với Axit của kim loại kiềm và kiềm thổ trongAmôniac lỏng
CH3 - CH3
Trang 3Phản ứng cộng với nớc khi đó xúc tác HgSO4 ở 75 1000C tạoAxetaldehyt.
HC CH+H2O Ag 2
CH3 - CHO, H = -38,8 KCal/molKhi Có Oxit kẽm và oxit sắt ở 3600C 4800C Axetylen tác dụng với hơinớc để tạo thành Axeton
2HC CH + H2O ZnO
CH3 - CHO + CO2 + 2H2.Trong đó Axetylen còn có thể tác dụng đợc với rợu ở điều kiện nhiệt độ
1600 1800C và áp suất p = 4 20at có xúc tác của KOH để tạo thànhVinylete
CH = CH + ROH KOH
CH2 = CHO - RAxetylen tác dụng đợc với H2S ở điều kiện nhiệt độ 1200C
HC CH + RSH CH2 = CH - SRKhi Axetylen tác dụng với CO và H2 (Cacbonyl hoá) với xúc tác làNi(CO)4 tạo ra axit acrylic
HC CH + CO + H2O CH2 = CH - COOHCộng với muối halogen tạo hợp chất có đồng phân Cis, trans
Trang 4H Trans Cl
HC CH + HCl CH2 = CH - ClPhản ứng cộng với H2SO4 để tạo thành Vinyl sunfua
HC CH + H2SO4 CH2 = CH - O - SO3H
ở nhiệt độ 800C có CuCl2 và NH4Cl làm xúc tác Axetylen tác dụng vớiHCN tạo thành ảcy lonitril:
HC CH + HCN CH2 =CH-CNTác dụng với Axit Axetic ở 180 2000C ở pha hơi có xúc tác là Axetat
Zn trên than hoạt tính hoặc Cd trên than hoạt tính hoặc Hg trên than hoạt tínhtạo ra Vinyl Axetat
- Axetylen tác dụng với rợu
CH CH + C2H5OH CH = CHOCOCH3
Trang 5Axetylen tác dụng với Axit Amin.
a Sản xuất Axetylen từ cacbuacanxi.
Phản ứng chính của quá trình:
CaO + 3C 600 C 0
CaC2 + CONhìn chung chỉ có khoảng 70 80% Canxi cacbua tham gia phản ứngvì vậy trong sản phẩm luôn chứa từ 12 15% CaO
- Tác dụng với nớc và Cacbua Canxi để tạo ra Axetylen và vôi tốt:
CaC2 + H2O C2H2 + CaO
Ta thấy nhiệt toả ra khi phân huỷ cacbua Canxi kỹ là tổng nhiệt củaphản ứng tác dụng của cacbua canxi với nớc và tác dụng vôi với nớc
CaO + H2O Ca(OH)2
Khi sử dụng cácbon trong quá trình này có thể là cốc hoặc nguyên liệu
sử dụng thờng có lẫn các tạp chất nh MgO, hợp chất S, P, Al, Fe…) do dó sẽxảy ra các phản ứng phụ
MgO +3C MgC2 + CO
OH+
o ch = ch2
Trang 6Do trong phản ứng có lẫn nhiều tạp chất mà bản thân các tạp chất nàykhó tách ra khỏi hỗn hợp phản ứng, do đó nếu muốn tách ra thì chúng ta chỉ
có thể tách một phần do việc loại xỉ Chính vì vậy mà Axetylen tạo thành luôn
có lẫn một lợng hợp chất nh: PH3, NH3, SiH2, CH4, H2, CO2 và CO…) Do đóAxetylen tạo ra luôn phải qua giai đoạn làm sạch Có thể dùng andehyt eromictrên đất nung hoặc dùng nớc Javen để làm sạch Sau đó Axetylen thành phẩm
đợc rửa bằng kiểm để trung hoà Axit và sấy khô bằng H2SO4 hoặc CaCl2
Từ CH4:
2CH4
0
400 600 C Ni
b Sản xuất Axetylen từ Hyđrô cacbon.
Nhìn chung trớc chiến tranh thế giới thứ hai để sản xuất Axetylen ngời
ta chủ yếu dùng nguyên liệu là CaC2 Nhng trong thời gian gần đây tính từnhững năm 50 trở đi thì Axetylen chủ yếu đợc sản xuất từ hydrô cacbon Vớimục đích nhằm xác định các điều kiện biến đổi của hydrô cácbon parafinthành Axetylen…) và cũng trong thời gian này nhờ sự phát triển của Crackingnhiệt và nhiệt phân hydro cacbon để sản xuất olêfin do đó các nhà nghiên cứu
đã tích luỹ đợc kinh nghiệm cả về lý thuyết lẫn thực tế để cho phép phát triển
và thiết kế các thiết bị sản xuất Axetylen: trong công nghệ này hydro cacbon
bị nhiệt phân ở nhiệt độ cao (tới 1100 15000C) trong điều kiện đoạn nhiệt
độ và thời gian phản ứng rất ngắn (từ 0,005 0,02 giây) Sau đó sản phẩm
đ-ợc nhanh chóng làm lạnh để hạ nhiệt độ xuống nhằm hạn chế các phản ứngphân huỷ Axetylen Quá trình phân huỷ hydro cácbon thành Axetylen baogồm các phản ứng thuận nghịch sau, với nguyên liệu là hydrô cacbon nhẹ nh
Trang 7Các phản ứng này đều là phản ứng thu nhiệt và điển hình là phản ứngtăng thể tích, cân bằng của chúng chỉ dịch chuyển về phải khi nhiệt độ khoảng
tử thấp còn một lợng nhỏ benzen nhóm Axetylen - metylaxetylen (CH3 C
-CH3)…) Tuy chế biến Axetylen bằng phơng pháp này là khá phức tạp do xảy
ra nhiều phản ứng phụ mà chủ yếu là phân huỷ C2H2 thành C và H2, phản ứngnày mãnh liệt nhất ở 10000C và đạt tốc độ lớn ở 1200 16000C nghĩa là khi
đạt nhiệt độ yêu cầu để có đợc C2H2, kết quả quan sát những hệ phản ứng liêntiếp, trong Axetylen tạo thành bị phân huỷ thành H2 và C (muội than)
Trang 83H
2CH C H 2C HNgoài ra trong quá trình còn xảy ra những phản ứng không mong muốncũng tạo muội nh phản ứng
đầu bằng cách giảm thời gian phản ứng Do hiệu suất Axetylen cao nhất khi
sự cố hoá xảy ra với mức độ chuyển hoá hyđrô cacbon ban đầu là 1500C vàthời gian lu trong vùng phản ứng là 0,01 giây và để tránh sự phân rã tiếp theocủa C2H2 cần phải tôi thật nhanh khi phản ứng (phun nớc) Khi đó nhiệt độgiảm nhanh đến giá trị mà sự phân rã C2H2 không xảy ra
Cơ chế của quá trình
Quá trình nhiệt phân hyđrô cacbon khí hay phân đoạn đầu chúng tahiểu phần nào cơ cấu biến đổi nhiệt của Hyđrô cacbon khác nhau trongnguyên liệu nhng chỉ điều kiện nhiệt độ cao vừa phải (từ 700 8000C) Trongkhi đó phản ứng tạo thành C2H2 lại tiến hành ở nhiệt độ cao (trên 10000C) vàcơ cấu cũng cha nghiên cứu cụ thể, vì cha có một lý thuyết thống nhất tạothành C2H2 Khi phân huỷ nhiệt hyđrô cacbon trong khoảng 1100 15000C.Tuy nhiên những nghiên cứu đã cho thấy giả thuyết đi đến sự thay đổi cơ cấuCracking khi chuyển hoá ở nhiệt độ cao là làm chậm đi các phản ứng pháttriển mạnh theo cơ cấu gốc tự do và làm tăng tốc độ của quá trình phân huỷkhỉ cấu trúc phân tử Các phản ứng bậc hai tạo thành các sản phẩm ngng tụ vàtạo cốc xảy ra trong khoảng 900 10000C Song ở nhiệt độ cao chúng ta lạithấy phản ứng phân huỷ tạo thành Hyđrô, muội cácbon và Axetylen Chẳnghạn khi nghiên cứu sự phân huỷ của Metan trên đây thì cácbon đốt nóng đến
1500 17000C (từ đây các sản phẩm tạo ra nhanh chóng đợc tách ra khỏi môitrờng phản ứng) ta thấy rằng sản phẩm bậc một của sự biến đổi là etan điều đóphù hợp với cơ cấu đợc giải thích bởi cơ cấu Kasale nh sau:
Trang 9Từ đây chúng ta có thể khẳng định đợc rằng với tiềm năng dầu khí củanớc ta mà thành phần chính của khí khi khai thác đợc hầu hết là parafin nênhiệu suất chuyển hoá cao Vì vậy việc khai thác và xây dựng các nhà máynhằm phát triển sản xuất Axetylen từ khí thiên nhiên và khí đồng hành là rấttốt.
c So sánh hai phơng pháp sản xuất Axetylen.
Nhìn chung hai quá trình sản xuất Axetylen từ hyđro cacbon vàcacbuacanxi là rất phù hợp Song chúng vẫn có những u và nhợc điểm
Đối với quá trình sản xuất Axetylen đi từ hyđro cacbua là quá trình xảy
ra theo một hớng, do đó cần vốn đầu t và năng lợng ít hơn , bên cạnh đó lại cónguồn nguyên liệu là khá rồi dào Tuy vậy nó vẫn có một số nhợc điểm là: sảnxuất Axetylen đi từt hyđro cacbon thì sản phẩm Axetylen thu đợc là loãng vàcần phải có một hệ thống tách và làm lạnh phức tạp
Còn đối với quá trình sản xuất Axetylen đi từ Canxicacbua cũng có một
số u điểm là có nguồn nguyên liệu dồi dào do nớc ta có điều kiện thuận lợi vềthan đá và đá vôi, sản phẩm là Axetylen thu đợc đậm đặc có độ sạch cao(99,9%) do đó có thể dùng bất cứ cho quá trình tổng hợp nào
Tuy vậy nó vẫn còn có một số nhợc điểm là: Chi phí năng lợng lớn(cho việc thu đợc C0C2) và vốn đầu t cho sản xuất lớn việc vận chuyển nguyênliệu khó khăn và điều kiện làm việc nặng nhọc
II Tính chất của etylen.
áp suất tới hạn : 4,95 Mpa
Thống kê các số liệu trên ta thấy etylen chỉ có thể hoá lỏng ở nhiệt độthấp, áp suất cao và làm lạnh ở bằng NH3 sôi
Giới hạn nồng độ hỗn hợp nổ với không khí là 30/32% thể tích Bêncạnh đó etylen có một số tính chất khác nữa là: etylen dễ hoà tan trong dungmôi có cực (axeton, fufurol…).) ở nhiệt độ 00C thì cứ 4 thể tích nớc hoà tantrong một thể tích etylen
Etylen bền khi nhiệt độ dới 3500C, ở trên nhiệt độ này thì nó bắt đầu
Trang 102 Tính chất hoá học.
Etylen là một hyđrô các bon không no có chứa một liên kết đôi C = Ctrong phân tử, trong liên kết đôi có một liên kết do sự xen phủ trục của haielectron lai tạo và một liên kết , do sự xen phủ bềncủa hai electron p, tất cảcác nguyên tử nối với hai nguyên tử cácbon đều nằm trên một mặt phẳng vớihai cacbon đó và gốc hoá trị ở mỗi cácbon mang nối đôi bằng 1200 Hai trụccủa electron p song song nhau tạo thành mặt phẳng thẳng góc với mặtphẳng
Thực chất liên kết tạo thành là do obitan liên kết có mật độ electronbao phủ cả phía trên lẫn dới hai nguyên tử các bon mang nối đôi khi liên kết
đôi có độ dài liên kết bằng 1,34 A0 ngắn hơn so với liên kết đơn (1,54A0).Năng lợng liên kết đôi C = C bằng 145,8 KCal/mol trong khi đó liên kết đơnchỉ bằng 82,6 KCal/mol, ở đây ta thấy rằng năng lợng liên kết lớn hơn nănglợng của liên kết và bằng 145,8 - 82,6 = 63,2 KCal/mol Nh vậy năng lợngliên kết lớn hơn năng lợng liên kết và độ chênh lệch vào khaỏng 20KCal/mol điều này giải thích tính chất kém bền của liên kết và khả năng phản ứngcao của liên kết đôi Các phản ứng quan trọng nhất của Etylen là phản ứngcộng, phản ứng oxi hoá và phản ứng trùng hợp
a Phản ứng cộng.
Đặc trng của etylen là phản ứng cộng và liên kết đôi, ở đây liên kết đôithực chất là liên kết lại bị bẻ gẫy và kết hợp với hai nguyên tử hoặc hainhóm nguyên tử mới tạo ra hợp chất no
- Với H2:
CH2 = CH2 + H2 CH3 - CH3 + 32,8 Kcal/mol
đây có thể coi là phản ứng toả nhiệt
- Với Halogen: Khi cộng vào nối đôi etylen rất dễ dàng tạo ra dẫn xuất
đi halogen, có hai halogen dính ở nguyên tử Cacbon cạnh nhau
Trang 11Cũng có thể điều chế etylen bằng cách hydrô hoá khí Axetylen có xúctác:
CH CH + H2 Xt CH2 = CH2
III Tính chất của Axit HCl.
Tính chất của HCl là một chất khí không màu, có mùi hắc và gây kíchthích niêm mạc, rất độc HCl tan mạnh trong nớc, nó ở dạng khan và không cókhả năng ăn mòn kim loại, là một khí bền nhiệt Chỉ bị phân huỷ nhẹ nếunhiệt độ trên 150C
HCl dạng nguyên chất không có màu, có tỷ trọng d = 1,35 g/m3, cóphân tử lợng bằng 36,5 là một axit điển hình, đứng trớc H2 trong dãy điện hoà,HCl là một axit mạnh dung dịch có nồng độ lớn khoảng 35% HCl mang đầy
đủ các tính chất của một axit mạnh nh:
- Tác dụng với kiềm:
Trang 12- Tác dụng với muối:
S + O2 SO2
2NaCl + 2SO2 + O2 + 2H2O 2Na2SO4 + 4HClPhản ứng tổng hợp H2 và Cl2
H2 + Cl2 2HClPhơng pháp thu HCl nh một sản phẩm phụ của quá trình Clo các hợpchất hữu cơ
Nhiệt độ bốc cháy : 415 KCal/kg
Nhiệt độ nóng chảy : 18,4 KCal/kg
Nhiệt độ bốc hơi ở 250C: 78,5 KCal/kg
Nhiệt tạo thành : -83 8 KCal/Kg
Trang 13 Nhiệt trùng hợp : -366 5 KCal/kg
Nhiệt dung riêng của VC lỏng ở 250C: 0,83 KCal/kg độ
Nhiệt dung riêng của VC hơi ở 250C: Chi phí = 0,207 KCal/kg độ
T: nhiệt độ hơi của VC (0C)Bảng 2: áp suất hơi của VC
- Tính độc củaVC: VC độ hơn so với Clorua etyl và ít độ hơn Clofooc
và tetra Clorua Cacbon, VC có khả năng gây mê qua các bộ phận hô hấp củacon ngời và cơ thể động vật Khi tiếp xúc với VC thì chỉ trong 3 phút chúng ta
có thể bị choáng váng Nếu tiếp xúc với thời gian lâu hơn thì có thể bị gụcngã Nếu hàm lợng VC trong không khí là 0,5% thì con ngời có thể làm việctrong vài giờ mà không có tác dụng sinh lý nào
II Tính chất hoá học.
- VC có công thức hoá học: CH2 = CHCl
- Công thức cầu tạo của VC:
Trang 14H = CClHH
Do có liên kết đôi và nguyên tử Clo linh động (Clo có độ âm điện lớn)nên các phản ứng hoá học của VC là phản ứng của liên kết đôi và phản ứngcủa nguyên tử Clo linh động
VC là một chất không tan trong nớc nhng nó có khả năng tan trong cácdung môi hữu cơ nh Axetôn, Rợu etylic, hydro cacbon thơm và hydro cacbonmạch thẳng
Nhìn chung trong phân tử VC có một liên kết nối đôi và một nguyên tửClo linh động, do đó phản ứng hoá học chủ yếu là những phản ứng kết hợphoặc phản ứng của nguyên tử Clo trong phân tử VC
Dới đây là những phản ứng và VC có khả năng tham gia
1 Phản ứng nối đôi.
a Xét phản ứng cộng hợp.
VC cho tác dụng với halogen cho ta 1,2 dicloetan trong điều kiện môitrờng khô ở 140 1500C hoặc800C và có chiếu sáng xúc tác là SbCl3 Do đókhi có xúc tác của AlCl3 thì VC phản ứng với HCl
CH2 = CHCl + HCl Cl - CH3ClVới H2:
CH2 = CHCl + H2 CH3 - CH2ClKhi xảy ra phản ứng oxi hoá của VC ở nhiệt độ từ 50 1500C thì sự cómặt của HCl sẽ dễ dàng tạo ra mônoaxetandehit
Trang 15CH2 = CHCl + RONa CH2 = CHOR + NaCl
Để tạo đợc hợp chất cơ kim:
CH2 = CHCl + Mg CH2 = CH - Mg - chất lợng
Từ đây ta có thể khẳng định đợc rằng nếu trong điều kiện không cókhông khí ở 4500C thì VC có thể bị phân huỷ và tạo thành Axetylen và HCl,cũng từ đó do quá trình phản ứng izome hoá Axetylen lại tiếp tục phản ứng vàtạo ra một lợng nhỏ 2 - chất lợng - 1,3 - butadien, còn trong điều kiện cókhông khí thì VC sẽ bị oxi hoá - hoàn toàn và tạo thành CO2 và HCl
* Bảo quản VC
Trớc đây do công nghệ và kỹ thuật sản xuất còn hạn chế nên khi sảnxuất ra VC muốn bảo quản đợc lâu và đảm bảo an toàn cho công tác vậnchuyển ngời ta thờng phải cho một lợng nhỏ Phenol để ức chế quá trình phảnứng Polime hoá
Ngày nay với các phơng pháp và công nghệ sản xuất hiện đại, con ngời
đã sản xuất ra đợc loại VC với độ tinh khiết cao mà không cần chất ức chếtrong bảo quản đồng thời do đợc làm sạch với nớc nên VC không có khả nănggây ăn mòn và có thể bảo quản đợc trong các thùng thép cácbon thờng
Trang 16Chơng II: Các phơng pháp sản xuất vinyl
clorua
Thờng thì vào những năm 1830 của thế kỷ trớc do công nghệ và kỹthuật còn kém nên VC chỉ đợc sản xuất dựa trên phản ứng dehydro hoá 1,2diCloetan, song mãi đến 1902 nhờ nhận đợc phản ứng Cracking nhiệt 1,2diCloetan Nhng tất cả đều không mấy khả quan, do đó buộc các nhà khoa họcphải có nhiều công trình nghiên cứu và đa ra nhiều phơng pháp có tính tối uhơn, và sau nhiều năm nghiên cứu họ đã đa ra đợc các phơng pháp có tính khảquan sau:
Nhiệt phân diCloetan - 1,2
Sản xuất từ etylen
Phơng pháp liên hợp
Clo hoá etan
Hydrô hoá Axetylen
I Sản xuất VC đi từ 1,2 diCloetan.
Với công nghệ của quá trình sản xuất VC đi từ 1,2 diCloetan có thể sửdụng theo hai phơng pháp sau:
Kiềm hoá đềhydrô hoá trong pha lỏng
Nhiệt phân trong pha hơi
Phản ứng chính:
Cl - CH2 - CH2 - Cl CH2 = CH - Cl + HCl: H298 = 100,2 KJ/mol
1 Quá trình trong pha lỏng.
So với nhiều quá trình khác thì quá trình điều chế VC thì phản ứng đợcthực hiện trong thiết bị hình trụ kiểu đồng trục, với thiết bị có vỏ bọc ngoài và
có cánh khuấy Để tiến hành phản ứng đầu tiên ta có dung dịch NaOH tiếp sau
đó là rợu và cuối cùng là diCloetan (Cho từ từ), từ đây VC đợc tạo thành theophản ứng sau:
Cl - CH2 - CH2 - Cl + 2NaOH CH2 = CH - Cl + NaCl + H2O
Đúng theo tỉ lệ thì cứ 1 lít diCloetan thì cần 1,1 lítdung dịch kiềm (42%NaOH) và 0,26 lít rợu metylic, nhng do rợu etylic hoà tan trong diCloetan vànhiều nên phản ứng phải tiến hành trong môi trờng đồng thể có nghĩa là nhiệt
độ phản ứng phải đạt 60 700C thời gian từ 4 5 giờ, áp suất trong thiết bị là0,2 0,4 axetan dehit Cần lu ý trong quá trình xảy ra phản ứng không nêncho d kiềm vì dễ bị phân huỷ và tạo thành Axetylen
Trang 17Cl - CH2 - CH2 - Cl + 2NaOH CH CH + 2NaCl + 2H2OTrong quá trình phản ứng nếu có d nớc diCloetan để dễ bị thủy phântrong môi trờng kiềm và tạo thành etylen glycol.
Khi sản phẩm tạo thành gồm có VC, diCloetan, rợu, nớc thì ta tiến hànhngng tụ để tách riêng Và hiệu suất của VC đợc tính theo dicloetan là 75 85%
Nói chung quá trình làm việc trong pha lỏng là một quá trình khá hiệuquả trong nó vẫn còn có một số nhợc điểm đó là quá trình làm việc gián đoạn
Đòi hỏi nhiều thiết bị
Khó tự động hoá
Hao tốn nhiều nguyên liệu để tách riêng
Cứ 1 tấn VC thì phải cần có 0,82 tấn kiềm rắn và 92 g rợu
Do vậy để có biện pháp khắc phục nhợc điểm này ta cần tiến hành nhiệtphân không xúc tác hoặc có xúc tác diclo etan trong pha khí
2 Quá trình trong pha hơi.
Để tiến hành quá trình sản xuất VC trong pha hơi trớc tiên ta tiến hànhthổi diCloetan qua than hoạt tính ở nhiệt độ 480 5200C Khi đó than hoạttính sẽ nằm trong ống có đờng kính là 50mm và chiều cao 6m, ở đây các sảnphẩm khí gồm 37,5% VC, 40,8% HCl, 20,5% diCloetan không phản ứng hết
và 1,2% là sản phẩm phụ Lúc này hỗn hợp sản phẩm đợc đem đi làm lạnh ở
00C trong thiết bị ống chùm để đi Cloetan ngng tụ Giai đoạn tiếp theo ta dòngnớc rửa để tách các sản phẩm phụ Sau đó tat sẽ dùng kiềm trung hoà và dùng
H2SO4 để sấy Ta tiến hành làm lạnh khí đến -150=C và tiến hành tinh luyện
Trong quá trình tinh luyện do phản ứng phải tiến hành ở nhiệt độ caonên rất có thể xảy ra các phản ứng phụ tạo thành etylen và Clo
Cl - CH2 - CH2 - Cl CH2 = CH2 + Cl2
Do lợng VC thu đợc ít nên để hạ thấp nhiệt độ phản ứng ngời ta dùngcác xúc tác có khả năng tách Clo với một lợng 0,5 1% và ở nhiệt độ 3700C,lúc này hiệu suất của VC đạt 70% Với điều kiện và thời gian nh vậy nếu đểtiến hành ở 4000C khôngcó xúc tác thì hiệu suất VC chỉ đạt 2% Từ đó đểtránh các phản ứng tiến hành ở nhiệt độ cao và nhằm đạt hiệu suất của VC caohơn ngời ta thờng dùng xúc tác cho phản ứng là clo và oxi
Từ:
Cl2 2Cl
Trang 182 2 2
2
Cl ClCH CH Cl ClCH C HCl HClClCH C HCl CH CHCl Cl
Quá trình phản ứng xảy ra và và hiệu suất của phơng pháp đạt 85%, và
có thể khẳng dịnh đợc rằng phơng pháp này có nhiều u điểm hơn so với phơngpháp dùng dung dịch kiềm rợu trong pha lỏng, tuy nhiên nó vẫn không đợcdùng rộng rãi trong công nghiệp về quá trình tách và làm sạch các chất nằmtrong khí sản phẩm thu đợc gây ảnh hởng xấu cho quá trình trùng hợp VC đểtạo PVC
* Thuyết minh dây sản xuất (hình 1)
Nguyên liệu là diClo etan đợc đa vào trong thiết bị bay hơi (1) ở phầntrên của lò ống, trong lúc này pha hơi tiếp tục đa vào ở vùng nhiệt phân Saukhi nhiệt phân hỗn hợp ở trong thiết bị bay hơi đợc đa sang thiết bị trao đổinhiệt (2) rồi làm lạnh ở (3) Sau đó hỗn hợp tiếp tục đợc đa sang tháp chng cất(4) để tách axit HCl Các quá trình diễn ra liên tục và VC đợc chng cất và lấy
ra ở đỉnh tháp (8) Và để loại bỏ HCl và DCE, VC tiếp tục đợc đa qua tháp rửakiềm
DCE sau khi đợc tách cho qua làm sạch rồi tuần hoàn trở
II Công nghệ tổng hợp vinyl clorua từ etylen.
Có thể nói rằng với sự phát triển của nền công nghiệp dầu mỏ Hiện nay
để đáp ứng nhu cầu đa dạng và ngày càng tăng của nền kinh tế phát triển trênthế giới đã sản xuất ra rất nhiều phơng pháp khác nhau trong đó phơng phápsản xuất VC đi từ etylen là phơng pháp mới có nhiều u điểm nhất đối vớinhững nớc có lợng dầu mỏ lớn đang đợc khai thác
1 Cơ chế phản ứng của phơng pháp.
Phơng pháp cân bằng theo Clo để sản xuất VC đi từ etylen làm một
ph-ơng pháp quan trọng trong các quá trình Clo oxi hoá Nó là sự kết hợp của 3quá trình
Quá trình cộng hợp trực tiếp Clo và etylen tạo thành 1,2 diCloetan
Quá trình Dehydrô Clo hoá nhiệt 1,2 - diCloetan thành VinylClorua
Quá trình Clo oxi hoá etylen thành 1,2 - diCloetan với sự tham giacủa HCl tạo ra khi dehydro Clo hoá
CH2 = CH2 + Cl2 ClCH2 = CH2Cl2ClCH2 - CH2Cl 2CH2 = CHCl + 2HCl
Trang 19CH2 = CH2 + 2HCl + 0,5 O2 ClCH2 - Ch2Cl + H2O2CH2 = CH2 + Cl2 + 0,5O2 2CH2 = CHCl + H2OTheo kết quả từ etylen, Clo và Oxi sẽ nhận đợc VC Trong đó clo đợc sửdụng hoàn toàn và không tạo thành HCl ở phơng pháp này không cần sửdụng Axetylen đắt tiền, do vậy đây là phơng pháp kinh tế nhất để tổng hợp
VC Giá thành mônome nhận đợc giảm từ 25 30% so với phơng pháp hidrôClo hoá Axetylen
Các phản ứng clo hoá và oxi Clo hoá etylen là hai phản ứng phát nhiệtnên ngời ta thờng kết hợp nó với phản ứng thu nhiệt là phản ứng dehydro clohoá 1,2 dicloetan Và để đảm bảo năng suất tạo thành VC từ quá trình tổnghợp trực tiếp VC từ etyloen ta phải tiến hành với một lợng d etylen ở mức thấp
và nhiệt độ của quá trình tổng hợp không đợc quá cao mà chỉ đợc giới hạntrong khoảng từ 300 6000C và hiệu suất VC cao nhất ở khoảng 3504500C.Với các quá trình này Xúc tác thờng đợc sử dụng là xúc tác muối kim loạichuyển tiếp Do vậy khi tiến hành ở nhiệt độ cao sẽ khử mất hoạt tính của xúctác và bản thân etylen sẽ bị oxi hoá sâu tạo nên CO và CO2 làm giảm năngsuất của quá trình
Còn đối với những phần nguyên liệu d, etylen sẽ đợc đa sang thiết bịoxiclohoá ở nhiệt độ cao và biến đổi thành 1,2 dicloetan và trở về phản ứng
Do quá trình tiến hành tổng hợp VC từ etylen là rất khó kiểm soát và khốgnchế, do đó trong quá trình tiến hành ngời ta thờng tách trung gian 1,2dicloetan tạo ra và đa trở lại phản ứng
ở đây quá trình diễn ra khá phức tạp nếu ta không tiến hành tách trunggian thì phản ứng cộng etylen, VC, Clo và hydroClo xảy ra với mức độ thấp h-
on nhiều so với phản ứng khử ở nhiệt độ cao để tạo ra các sản phẩm di tri tetra Cloetan
-2 Thuyết minh dây chuyền công nghệ sản xuất VC đi từ etylen
ở trong thiết bị (1) etylen và Clo phản ứng với nhau trong pha lỏng tạoDCE Trong quá trình này nhiệt toả ra từ phản ứng sau đó đợc thu hồi dùngcho quá trình chng cất (3) thu DCE và dùng để phân huỷ DCE thu hồi sau khilàm sạch sản phẩm VC DCE tinh khiết đợc chuyển sang thiết bị Cracking (4)
và tạo VC và HCl Lúc này sản phẩm đi ra từ (4) đợc làm lạnh rồi cho quathiết bị chng luyện (6) (7) tách VC và HCl HCl sau khi thu đợc từ đỉnh tháp(6) sau đó cho đi vào thiết bị oxi háo (2), những DCE cha bị nhiệt phân sẽ đợctách ra ở (7) và tuần hoàn lại ở thiết bị (3), từ đẫyn VC tu đợc từ (7) sẽ cho
Trang 20tuần hoàn lại thiết bị (3), còn VC thu đợc từ (7) cũng cho tuần hoàn lại (3),sản phẩm VC thu đợc từ (7) đều rất là tinh khiết (nồng độ 99,9%).
Trong thiết bị oxi clo hoá, HCl đợc tuần hoàn và kết hợp với etylen vàoxi trong thiết bị tầng sôi tạo 1,2 dicloetan và nớc sinh ra do phản ứng từ đâychúng đợc dùng cho chng cất VC và DCE Sau khi làm sạch sản phẩm trongthiết bị (8) thì ta loại bỏ nớc Sau đó DCE đợc cho qua thiết bị (10) làm khô vàtách khí rồi cho qua thiết bị (3) chng cất và làm sạch Lúc này tách khí rồi choqua thiết bị (10) đa vào (11) để thu hồi Clo Tại thiết bị Clo hoá 912) tachuyển C2H2 trong HCl từ (6) thành etylen nhằm nâng cao độ sạch của sảnphẩm và hiệu suất của quá trình
III Phơng pháp liên hợp sản xuất VC.
Thông thờng thì ngoài các phơng pháp sản xuất VC đi từ dicloetan vàHCl hoá Axetylen, ngời ta còn dùng phơng pháp liên hợp để sản xuất VC
Điển hình là phơng pháp oxi clo hoá etylen thành dicloetan và nhiệt phândicloetan
2HCl + 1
2 O2 H2O + Cl2
CH2 = CH2 Cl2ClCH2 CH Cl2 HClCH2 CHClQuá trình nhiệt phân dicloetan tinh khiết 99,9% đợc tiến hành ở nhiệt
độ là 300 10000C và có khoảng 63% xúc tác là than hoạt tính, hay là bọt thìhàm lợng VC tạo thành là 90%
Để Clo hoá etylen, trớc tiên ta tiến hành khử HCl của dicloetan và dùngHCl để hydro Clo hoá Axetylen
CH2 = CH2 + Cl2 ClCH2 - CH2ClClCH2 - CH2Cl CH2 = CHCl + HCl
CH CH + HCl CH2 = CHCl + HCl
CH2 = CH2 + CH CH + Cl2 2CH2 = CHCl
Thông thờng các phơng pháp này đều sử dụng những nguyên liệu dễkiếm nh Axetylen hay etylen, trong quá trình điều chế VC bằng phơng phápliên hợp từ Axetylen và etylen có thể thu đợc bằng phơng pháp riêng biẹt (Vídụ: Axetylen ta thu đợc từ khí tự nhiên còn etylen ta thu đợc từ dầu hoả), hay
ta thu đợc từ quá trình chng hoặc cracking dầu mỏ để có hỗn hợp khí Axetylen
và etylen từ đó ta có thể hấp thu và tách riêng chúng ra
Từ lâu các phơng pháp này đã đợc ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp,
và từ những năm 1962 ở Mỹ quá trình tổng hợp VC đã đợc phân chia một
Trang 21cách chính xác và cẩn thận nh sau: chỉ đợc phép sử dụng 41% Axetylen và28% etylen, ở Nhật từ dicloetan bằng phơng pháp liên hợp năm 1964 ngời ta
đã tổng hợp đợc 15% VC và đến 1965 là 25% VC
IV Phơng pháp clo hoá etan.
Hiện nay ở nớc ta nền công nghiệp khai thác dầu mỏ đang trên đà pháttriển Do đó việc tận dụng các sản phẩm dầu mỏ để đa vào sản xuất một sốnguyên liẹu và rất có lợi thế điển hình là phơng pháp clo hoá etan, với nguồnnguyên liệu etan rẻ tiền và khá phong phú nên đã góp phần làm giảm giá củasản phẩm VC.l Do vậy việc chuyển hoá etan thành VC đợc thực hiện theo cácphơng pháp sau:
1 Clo hoá nhiệt độ cao:
20 % 50% Các sản phẩm chủ yếu gồm etylen, Cloruaetan và CO
Cũng có thể tiến hành Clo hoá hỗn hợp etan - etylen nhằm tránh tạothành hỗn hợp nổ và giảm sự tạo thành các sản phẩm phụ Tuy đây là phơngpháp có nhiều u điểm về nguyên liệu nh nguồn nguyên liệu rẻ và sẵn có songvì quá trình cho hiệu suất VC thấp nên hiện nay vấn đề này vẫn nằm trongphạm vi nghiên cứu và cha đợc áp dụng trong công nghiệp
V Sản xuất vynylclorua từ Axetylen
Quá trình sản xuất VC đi từ Axetylen là phơng pháp khá phổ biến trongcông nghiệp, nhất là đối với những nớc mà có nền công nghiệp cha phát triển.Còn đối với nớc ta do nền công nghiệp dầu mỏ cha phát triển mạnh nh các nớckhác, do vậy để sản xuất VC đi từ Axetylen đang còn khó khăn và hạn hẹp,song ngợc lại nớc ta lại có lợi thế, điều kiện và tiềm năng về than và đá vôinên rất thuận tiện cho việc sản xuất Axetylen
* Cơ sở của quá trình sản xuất VC đi từ Axetylen
CH = CH + HCl CH2 = CHCl
Trang 22ở áp suất thờng do không có xúc tác, nên phản ứng không đợc tiếnhành do vậy đòi hỏi ta phải tiến hành ở áp suất cao hơn, nhng do ở áp suất caocác sản phẩm phụ tạo ra nhiều (1,1 dicloetan và VC bị trùng hợp) mà nhữngsản phẩm phụ này đều không có lợi cho việc thu sản phẩm cũng nh bảo quảnthiết bị Do đó trong quá trình sản xuất đòi hỏi ta phải có những phơng phápmới, đó là phơng pháp xúc tác.
Sản xuất VC đi từ Axetylen có thể đợc tiến hành ở pha lỏng hỏng phakhí
* Cơ chế của quá trình sản xuất VC đi từ Axetylen
Xét phản ứng cộng HCl và hyđrô nhằm Axetylen đặc trng cho liên kếtnối sau:
0 0
có khả năng làm tăng vận tốc giai đoạn cộng đầu tiên Do vậy xúc tác cho quátrình này là muối Hg2+ và Cu2+ ở xúc tác muối Hg2+ ngời ta dùng clorua thủyngân (HgCl2) ngoài phản ứng cơ bản nó còn tăng tốc độ phản ứng Hyđrát hoáAxetylen tạo thành Axetylendehyt Do nguyên nhân này nên ngời ta thờngdùn nó cho quá trình pha khí ở 150 2000C Khi dùng những chất khó hơn
Còn đối với pha lỏng thờng thì dùng muối Cu2+ vì nó không bị mất hoạttính và tăng mức độ của phản ứng cộng nớc của Axetylen Khi xúc tác là dungdịch CuCl2 trong HCl có chứa muối Clorua amon Khi có CuCl2 quá trình phụdime hoá Axetylen càng tăng và tạo thành vinyl Axetylen
Nguyên nhân xúc tác của muối thuỷ ngân và đồng vào phản ứng hydrôhoá đợc giải thích bằng sự tạo thành phản ứng phối hợp trong đó Axetylen bộkích hoạt và tác dụng với anion clo và hợp chất trung gian thu đợc trạng tháichuyển đổi với liên kết các bon hoặc những hợp chất hữu cơ chống bị phângiải bởi axit
Trang 23Vì sự tạo thành đồng thời ít nhiều của những phức không hoạt động vớiHCl (hoặc anion Clo) nên sự tạo thành Vynyl Clorua trong pha khí đợc mô tảtheo phơng trình độc học sau:
R = K (PCr H2 PHCl)/ (1 + b PHCl)Sản phẩm ta thu đợc là vinyl clorua (CH2 = CHCl) Nó là một mônômequan trọng dùng để tổng hợp các vật liệu polime khác Khi polime hoá có mặtperoxic nó sẽ tạo ra polivinyl Clorua (PVC)
1 Sản xuất VC đi từ Axetylen theo phơng pháp pha loãng.
Trong pha loãng ngời ta tiến hành thổi Axetylen và HCl cho qua dungdịch xúc tác có hoà tan thành phần: CH2Cl2 23% trọng lợng, NH4Cl 16% trọnglợng, có thêm CaCl2 hoà tan trong axit HCl 1215% duy trì ở nhiệt độ6065% có thể dùng xúc tác HgCl2 trong axit HCl nhng nhiệt độ cần tănglên 900C, nếu sử dụng xúc tác Cu có xu hớng làm tăng phản ứng phụ nh trùnghợp Axetylen thành Vinylaxetylen
2 CH HC C – CH – CH2
Nhằm làm giảm các phản ứng phụ ngời ta thờng dùng HCl đặc để hoàtan muối đồng Tác dụng xúc tác của muối đồng và muối thuỷ ngân đ ợc giảithích theo nhiều quan điểm khác nhau Một số quan điểm thì cho rằng muốithuỷ ngân tác dụng với Axetylen tạo thành hợp chất trung gian, sau đó hợpchất trung gian bị phân huỷ dới tác dụng của HCl, hoàn nguyên xúc tác cho taVinyl Clorua
Trang 24ngời ta cho thời gian tiếp xúc ngắn hơn và C2H2 d sẽ tuần hoàn lại Trong côngnghiệp ngời ta tiến hành tổng hợp VC trong pha lỏng nh sau: cho dung dịchxúc tác có 1215% HCl và thiết bị thổi C2H2 và HCl vào thiết bị cùng mộtlúc, lúc này nhiệt độ phản ứng tiến hành luôn đợc duy trì ở 60650C, VC tạothành trong hỗn hợp gồm Axetylen, hơi nớc và Hiđrô Clorit, ở đầu ra của thiết
bị đợc đa đến tới bằng nớc của thiết bị lọc Hyđrô Clorua Khi đó hơi nớc ngng
tụ, sau đó tiến hành làm khô các khí bằng CaCl2 rắn, lúc này VC ngng tụ khi
đợc làm lạnh đến –200C và trong thiết bị phân ly ngời ta tách đợc Axetylenkhông ngng tụ và Axetylen thu hồi cho tuần hoàn lại thiết bị phản ứng
Phơng pháp tổng hợp VC trong pha lỏng có u điểm là có thể tiến hànhphản ứng ở nhiệt độ thấp, do đó ta dễ dàng điều chỉnh hành phản ứng ở nhiệt
độ thấp, do đó ta dễ dàng điều chỉnh đợc nhiệt độ, tốn ít năng lợng, thiết bị
đơn giản nhng có nhợc điểm là hiệu suất sản phẩm thấp Vì vậy trong sản xuấtngời ta thờng dùng phơng pháp tổng hợp VC trong pha khí
2 Sản xuất VC từ C 2 H 2 theo phơng pháp pha khí
a) Xúc tác
Ngay từ những ngày đầu sơ khai ngành hoá học con ngời đã phát hiện
và nghiên cứu nhiều ảnh hởng kỳ lạ của một số chất tham gia phản ứng, nóliên quan đến tốc độ chuyển hoá hoá học và đợc gọi là xúc tác Vậy xúc tác làgì? Xúc tác là hiện tợng làm tăng tốc độ phản ứng hoá học do tác dụng củachất xúc tác
Con ngời đã biết lợi dụng các chất xúc tác để điều chỉnh tốc độ phảnứng, từ những phản ứng có trị số vô cùng nhỏ đến vô cùng lớn và quan trọnghơn là cho phép điều chỉnh phản ứng theo chiều hớng tạo sản phẩm mongmuốn, trong khi đó năng lợng lại không phải chi phí thêm và khối lợng cácchất không bị tiêu hao nhiều Những điều này giải thích tại sao việc sử dụngcác chất xúc tác là vô cùng rộng rãi và ngày càng phát triển nhanh chóngtrong nền công nghiệp hiện đại Nh vậy xúc tác là mọt yếu tố quan trọng làmột tiến bộ kỹ thuật quan trọng nó mang lại hiệu quả kinh tế cao cho con ng-
ời Hiện nay tuy có nhiều quá trình xúc tác đợc ứng dụng rộng rãi trong côngnghiệp, song việc lựa chọn các chất xúc tác sao cho thích hợp là vừa có tínhnăng làm tăng tốc độ vừa có thể nhận đợc các sản phẩm có thành phần và cấutrúc nh mong muốn Do đó mà hiện nay có hơn 70% tổng sản phẩm hoá họcsản xuất bằng con đờng xúc tác Vì vậy trong tơng lai với sự phát triển khôngngừng của công nghiệp xúc tác nó sẽ đa lại cho con ngời một khối lợng lớn
Trang 25các hoá chất tăng công suất riêng lẻ của thiết bị, tăng giá trị nhiên liệu và nănglợng cần thiết để bảo vệ môi trờng.
Ta lại quay lại nói về quá trình tổng hợp VC theo phơng pháp pha khítrong trờng hợp này dùng xúc tác HgCl2 ngâm trên than hoạt tính Đặc điểmcủa loại muối này là rất độc nên ngời ta có xu hớng thay thế muối thuỷ ngânbằng các loại muối kim loại khác nh BaCl2, CdCl2…) để khi nồng độ HgCl2
trên than hoạt tính tăng, thì hiệu suất chuyển hoá Axetylen thành Vinyl Cloruatăng
Khi nồng độ HgCl2 tăng từ 510% thì hiệu suất tăng vọt lên, nhng khinồng độ HCl2 lớn hơn 20% thì hiệu suất chuyển hoá tăng chậm đồng thời phảnứng sẽ toả nhiệt, làm cho xúc tác bị nung nóng cục bộ HgCl2 sẽ bị thăng hoa,Axetylen sẽ trùng hợp bao phủ lên bề mặt xúc tác làm cho xúc tác giảm hoạttính nhanh (bảng 3)
Trang 26tiếp xúc và vận tốc của phản ứng lên Mặt khác ta cũng cần khống chế nhiệt
độ nghiêm ngặt vì nếu vợt quá 2750C thì HgCl2 bắt đầu phân huỷ ở nhiệt độ
3000C thì nó sẽ thăng hoa Thờng tác nhân làm lạnh tuần hoàn là nớc nhằmlàm mát thiết bị phản ứng chính đảm bảo nhiệt độ ổn định (không quá 2000C)
để đạt hiệu suất chuyển hoá cao nhất
Bên cạnh đó có một số nhà nghiên cứu cho rằng phản ứng kết hợpAxetylen và HCl xảy ra khi không có xúc tác mà ở áp suất cao
CH CH CH2 = C
CH2 = C + HCl CH2 = CHClTuy nhiên các giả thuyết trên hiện nay vẫn còn đang đợc các nhànghiên cứu nghiên cứu thêm Do vậy mà ngày nay xúc tác vẫn đợc dùng chủyếu và rộng rãi trong công nghiệp là HgCl2 10% trọng lợng trên than hoạttính
Cùng với các phản ứng chính trong quá trình còn tạo ra một số phảnứng phụ, nếu d C2H2 thì sẽ tạo thành đi Cloetan
CH HgCl2 Cl – CH – CH – Cl Hg + Cl – Ch = Ch – Cl Hg
Ta có sự ảnh hởng của tỷ lệ nguyên liệu đến hiệu suất chuyển hoá sau
Bảng 4: Sự ảnh hởng của tỷ lệ Nguyên liệu đến Hiệu suất chuyển hoá
Trang 27Với các tỷ lệ nguyên liệu đợc chọn để cho quá trình thiết bị trộn lẫngồm nhiều vật liệu nhằm tăng tốc độ và sự đồng đều trớc khi đa vào thiết bịphản ứng Do đó vận tốc của thể tích cũng ảnh hởng không nhỏ đến hiệu suấtchuyển hoá.
Bảng 5: Sự ảnh hởng của vận tốc thể tích đến hiệu suất chuyển hoá
Vận tốc thể tích (m 3 /m 3 xt.h) Hiệu suất chuyển hoá
Tất cả các nguyên liệu trớc khi đa vào phản ứng cần phải đợc làm sạchcác tạp chất, vì các tạp chất đó dễ là mối nguy cơ làm xúc tác bị ngộ độc
CH CH + H2O CH3 – CHO
Đây là những phản ứng làm giảm hoạt tính của xúc tác dẫn đến thời giansấy của xúc tác giảm, do đó nó làm giảm giá thành sản phẩm Vì vậy cần làmsạch các nguyên liệu để loại các thành phần tạp chất Hơi Axetylen trớc khi đavào thiết bị phản ứng nó đợc đa qua tháp chứa dung dịch K2Cr2O7 Tại đây xảy
Trang 28ra diClo etan thì lợng nhiệt toả ra là 40200 KCal/mol Với lợng nhiệt toả ra lớn
nh vậy nên nó cũng phần nào ảnh hởng tới việc lựa chọn thiết bị phản ứng loạiống chùm, đờng kính các ống trong thiết bị có chứa xúc tác cũng ảnh hởng
đến chế độ và tốc độ dòng khí trong ống Do vậy để đảm bảo tính năng làmviệc của thiết bị bên ngoài ống đợc trang bị một thiết bị làm mát, ở đây ta cóthể dùng nớc bằng lới áp suất thờng hoặc dầu làm mát để tải nhiệt Do vậyviệc lựa chọn các tác nhân làm mát cũng tuỳ thuộc vào yêu cầu kinh tế, kỹthuật và điều kiện từng nơi
Tuy nhiên việc lựa chọn sử dụng nớc dới áp suất thờng nó có một số unhợc điểm sau:
- Ưu điểm: nguồn nguyên liệu nớc sẵn có không độc hại, rẻ tiền, cónhiệt dung lớn nên dễ điều chỉnh đợc nhiệt độ của thiết bị
- Nhợc điểm: Lợng nớc dùng cho thiết bị là khá lớn nên thiết bị thờngcồng kềnh và làm mát trong khoảnga nhiệt độ không cao
Bên cạnh đó việc làm mát bằng dầu có thể khắc phục đợc những nhợc
điểm trên nhng giá thành lại cao hơn Chính vì vậy mà tuỳ từng điều kiện để tachọn tác nhân cho thích hợp
Trang 293 Xây dựng dây chuyền công nghệ sản xuất Vinyl Clorua từ Axetylen và Hyđrô Clorua.
Trong công nghệ sản xuất VinylClorua từ Axetylen và HyđrôClorua,nguyên liệu khí Axetylen và Hyđrô Clorua đợc đa qua vùng phản ứng có chứacác xúc tác rắn HgCl2, lu ý ở đây các chất trớc khi đợc đa vào thiết bị phải
đảm bảo độ khô để không tạo Axetandêhyt và khong gây hiện tợng ăn mòn.HCl phải có tỉ lệ d so với Axetylen (tỉ lệ C2H2 /HCl = 1,1) để có thể làm tăngmức độ chuyển hoá của Axetylen Trong quá trình phản ứng nhiệt độ cần thiếtphải đạt đợc là vào khoảng 1601800C, lúc này quá trình phải xảy ra đủnhanh để không xảy ra sự lôi cuốn HgCl2 nhiều (tránh HgCl2 thăng hoa) KhiHgCl2 hao hụt dần và giảm hoạt độ phản ứng thì ta tăng phản ứng lên2002200C
Với lợng nhiệt toả ra nhiều nên quá trình phải đợc trong thiết bị ốngchùm, ở trong ống có sẵn xúc tác Nguyên liệu khí chuyển động trong lòngống, khoảng trống giữa các ống là chất làm lạnh ở đây chất làm lạnh là chấttruyền nhiệt hữu cơ nớc hoặc phần ngng với mục đích là tiết kiệm phản ứngnhằm thu đợc hơi: ta chọn chất làm lạnh ở đây là dầu
Thuyết minh dây chuyền công nghệ
Nguyên liệu là C2H2 sau khi đã đợc làm sạch ta đa vào buồng chứa (1)sau đó nguyên liệu đợc đa sang thiết bị hấp thụ bằng nớc (3) từ thiết bị (3)nguyên liệu đợc đa sang thiết bị hấp phụ (4) Từ thiết bị (4) nguyên liệu lại đ-
ợc đa sang thiết bị trộn (5)
Từ bể chứa (6) nguyên liệu là HCl sau khi đã đợc làm sạch đợc đa sangthiết bị trộn (5) ở đây C2H2 và HCl đợc trộn đều với nhau Sau đó đợc đa tớithiết bị phản ứng chính (7) ở đây diễn ra quá trình phản ứng, quá trìnhchuyển hoá của C2H2 là 97 98%, trong đó có 93% VC 5% HCl 5 10 %
C2H2, 0,3% axetaldehyt, 1,1 dicloetan các khí tham gia phản ứng, nhng khi đãphản ứng còn kèm theo mình hơi HgCl2 Lúc này khí đợc đa sang tháp rửatách HCl Ta thu đợc 10% HCl Tiếp theo khí lại đợc đa sang tháp rửa bằngNaOH Sau đó khí đợc đa sang bể chứa sản phẩm thô (10) từ đây khí đợc đa
đến thiết bị làm lạnh 912) Một phần sẽ đợc đa sang thiết bị tách lắng (14)một phần đợc đa sang thiết bị làm lạnh bằng nớc muối (13) từ thiết bị (13),hỗn hợp Sau đó đợc đa sang thiết bị hấp phụ (16) phần trên thiết bị ta thu đợckhí nhẹ phía dới ta thu đợc phần cặn rắn, sau đó hỗn hợp khí đợc đa sang thápcất nhẹ (17) từ đây một phần đợc đa trở lại tháp hấp thụ (16) một phần đợc