TÍCH CHẤT hóa học và TÍNH CHẤT vật lý BUTADIEN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA – VŨNG TÀU KHOA HÓA VÀ CNTP  GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: KS NGÔ BÁ ĐẠT SINH VIÊN THỰC HIỆN: NHÓM: VŨNG TÀU, THÁNG 3, NĂM 2011 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU I – TÍCH CHẤT HÓA HỌC VÀ TÍNH CHẤT VẬT LÝ BUTADIEN………… 1, Cấu tạo………………………………………………………………………… 2, Tính chất vật lý……………………………………………………… 3, Tính chất hoá học……………………………………………………………… 4, phản ứng hóa học butadien – 1,3……………………………………….6 II – CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ BUTADIEN – ,3…………………… III – SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BUTADIEN – ,3 ………………… 11 a, Sơ đồ Dehydro oxy hoá n-buten thành butadien-1,3……………………… 12 b, Từ than đá đá vôi tạo butadien…………………………………………… 14 IV - ỨNG DỤNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA BUTADIEN – ,3…… 15 - ứng dụng………………………………………………………………………15 2- hướng phát triển sản xuất butadien – ,3…………………………………… 16 V – TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………… 17 LỜI MỞ ĐẦU Butadien 1,3 gọi divinyl, năm 1867 Bepmen đã điều chế cách nhiệt phân hỗn hợp khí etylen (C2H4) axetylen (C2H2), Lebeder đã trùng hợp divinyl để cao su vào năm 1910, phát minh Lebeder làm cho việc nghiên cứu áp dụng vào sản xuất divinyl phát triển mạnh Butadien sản xuất từ nhiều nguồn nguyên liệu khác Khi bắt đầu sản xuất giai đoạn chiến tranh giới thứ hai, người ta sử dụng loại nguyên liệu : buten, n-butan, xăng (naphta), etanol, axetylen… Nhưng công nghiệp sản xuất butadien mang lại hiệu kinh tế lớn từ n-butan hỗn hợp butan buten II – TÍCH CHẤT HÓA HỌC VÀ TÍNH CHẤT VẬT LÝ BUTADIEN -1,3 1- Cấu tạo CH = CH-CH = CH : butadien-1,3 đồng phân: CH2=C=CH-CH3 : butadien-1,2 Tính chất vật lý : Butadien chất khí không màu, ngưng tụ thành chất lỏng nhiệt độ – 4.3 ° C (1atm), tạo thành hỗn hợp nổ với không khí giới hạn nồng độ từ - 11,5% thể tích sử dụng chủ yếu sản xuất cao su tổng hợp Công thức: C H Trọng lượng phân tử : 54.09 g/mol Mật độ :0.6211 lỏng 20 ° C Nhiệt độ nóng chảy :-113 ° C Nhiệt độ sôi :-4.5 ° C Áp suất cho butadien-1.3 2100 mm Hg 25 ° C Và có phân vùng nước octanol / hệ số (log K ow) 1.99 Butadiene có khả tan dung môi hữu rượu ête, benzene…, không tan nước - Tính chất hoá học : Trong phần tập trung giới thiệu tính chất hoá học butadien-1,3 Buta 1-3 đien (cách gọi sách mới) gọi butadien 1-3 hidrocacbon chưa no ,mạch hở,trong phân tử có liên kết đôi Nó thuộc loại Ankađien,có công thức tổng quát :CnH2n-2 ( với n>= 3) Công thức phân tử butadien 1-3 : C4H6 Công thức cấu tạo : CH2=CH-CH=CH2 loại có nối đôi liên hợp ( xen cách liên kết đơn 4- Các phản ứng hóa học butadiene -1,3 -Nhiệt độ thấp (-80 ° C) cộng theo hướng 1,2 sản phẩm -Nhiệt độ cao ( 40 ° C) cộng theo hướng 1,4 sản phẩm II – CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ BUTADIEN – 1,3 Có nhiều cách để thu butadien từ nhiều phương pháp khác công nghiệp người ta điều chế từ phương pháp sau: a, Người ta hiđro hoá phenol - dẫn uất hắc ín than đá – thành cicloheanol; chất bị khử với xúc tác SiO 2, tạo nên ciclohexen, nhiệt phân ciclohexen cho butadien b, Người ta từ axetilen cộng focmandehit thành butintiol, qua butadiol, qua tetrahydrofuran, thành butadien (Reppe 1945): HC CH HOCH2 +HCHO CH2 HOCH2 CH2 C CH2OH CH2OH -H2O O +H2 -H2O CH2 CH CH CH2 Ở nước Đông Âu, trung Quốc Ấn Độ butadien sản xuất từ rượu etanol qua lên men phát sinh từ loại men đặc biệt có nước đường Việc sử dụng etanol để sản xuất butadien có lợi so với trình cracking nước để tạo thành butadien cần tốn chi phí lớn việc sản xuất butadien từ etanol tốn chi phívừa phải thích hợp cho nhà máy sản xuất vừa phương pháp Sergei Lebedev cho etanol qua xúc tác gồm Magie oxit Kaolin với lượng nhỏ oxit sắt, titan Zn đóng vai trò chất khơi mào tiến hành nhiệt độ 400-450 ° C hiệu suất thu tới 50-60 % butadien có chứa khoảng 10% buten Xúc tác vừa có tác dụng dehydrat hoá vừa dehydro hoá c, trình khác tạo nên butadien nhà hoá học người Nga Ivan Ostromislensky phát minh lên men thông thường từ nước đường gốc thực vật củ cải đường…đã dẫn đến alcol etil, etanol bị oxi hoá tạo nên axetaldehid với tham gia chất xúc tác chất tantali – silicon dioxide (SìO) tiến hành 325350 ° C, axetaldehid tiếp tục tác dụng với etanol tạo butadien CH CH OH + CH CHO → CH = CH-CH = CH + H O Quá trình sử dụng Mỹ để sản xuất cao su cho phủ chiến thứ II dùng ngày Trung Quốc Ấn Độ d, Tách nước từ 1,3-butanediol: Tách nước từ 1,3-butanediol tạo thành 1,3-butadiene, phản ứng thường thực pha nhiệt độ khoảng 350 oC với có mặt xúc tác Lewis acid Al2O3 1,3-butanediol thường điều chế từ acetaldehyde phản ứng ngưng tụ aldol môi trường kiềm NaOH Na2CO3, sau giai đoạn khử sản phẩm aldol sinh hydrogen xúc tác platinum hay nickel Acetaldehyde điều chế trực tiếp từ acetylene phản ứng cộng hợp nước với có mặt HgSO H2SO4 cách tổng quát, tóm tắt trình điều chế 1,3-butadiene từ acetylene sau: HgSO4 CH =CH + H2O  CH3 – CHO H2SO4 e, Dehydro hoá- tách nước ethanol Có thể thực phản ứng dehydro hoá – tách nước ethanol pha nhiệt độ khoảng 450 ° C-500 ° C với có mặt xúc tác ZnO/Al2O3 để thu 1,3- butadiene ZnO/Al2O3 2CH3-CH2-OH - CH2 = CH – CH = CH2 + H2 + H2O 450–500 oC f, Tách nước từ 1,4-butanediol Tương tự phản ứng tách nước từ 1,3-butanediol nói trên, phản ứng tách nước từ 1,4-butanediol tạo thành 1,3-butadiene Phản ứng thường thực pha nhiệt độ khoảng 350 ° C với có mặt xúc tác Lewis acid Al 2O3 10 1,4-butanediol thường điều chế phản ứng cộng hợp acetylene vào formaldehyde, sau giai đoạn hydro hoá vào liên kết ba hydrogen xúc tác nickel hay platinum g, Nhiệt phân n-butane Trong công nghiệp, 1,3-butadiene điều chế từ n-butane phản ứng nhiệt phân nhiệt độ khoảng 600 ° C với có mặt xúc tác Cr 2O3/Al2O3 Sản phẩm trung gian trình 1-butane 2-butane Tách loại hydrogen từ 1-butane 2-butane điều kiện 600 ° C xúc tác Cr 2O3/Al2O3 thu 1,3butadiene III – SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BUTADIEN- 1,3 11 a – sơ đồ sản xuất butadien- 1,3 từ n- buten Hơi không khí trộn vào nung nóng lò ống (1) đến 500 oC người ta đưa phân đoạn n-buten trực tiếp vào hỗn hợp trước thiết bị phản ứng (2) CH2=CH-CH2-CH3 + 0.5 O2 -> CH2=CH-CH=CH2 Qúa trình thực lớp xúc tác cố định điều kiện đẳng nhiệt với nhiệt độ 400500oC áp suất ~ 0.6 Mpa 12 Nhiệt khí phản ứng cháy sử dụng thiết bị tạo (3), nhiệm vụ áp suất cao tạo dùng nhiệt thoát ngưng tụ làm loãng khí phản ứng – khác với áp suất thường Dehydro hoá etylbenzen n-buten Sau khí làm lạnh nước thiết bị lọc khí (4) với thiết bị làm lạnh (5) rửa dịch khoáng thiết bị hấp thụ (6) Ở hấp thụ hydrocacbon C4, sản phẩm cracking, N2 phần dư O2 thoát khỏi phần thiết bị (6) sử dụng làm nhiên liệu khí lò đốt ống(1) Chất lỏng bão hoà từ thiết bị (6) cho qua tháp tách (8) tái sinh lại chất lỏng dùng hấp thụ đưa trở làm lạnh thiết bị (6) Phân đoạn C4 phía tháp (8) chứa khoảng 70% butadien-1,3, từ phương pháp đã biết tách Butadien-1,3 tinh khiết n-buten chưa chuyển hoá hoàn lưu trình dehydro hoá 13 b, sơ đồ sản xuất butadien – 1,3 từ than đá đá vôi Các phản ứng xảy ra: CaCO3 CaO + 950oC CaO CH CH C CO2 3C hô quang diên CaC2 + CO CaC2 + 2H2O 2CH + CH CH CuCl/NH4Cl 100oC CH2 + H2 CH CH + Ca(OH)2 C Pd/PbCO3 CH CH2 CH2 CH CH CH2 Đá vôi sau nghiền nhỏ đưa vào phía lò nung đứng số (1) ,đồng thời không khí cung cấp từ bên lò giúp cho trình cháy diễn tốt hơn.Tại khí CO2 dẫn tận dung cho trình khác 14 Tại thiết bị bể chứa (2) than đá đã qua trình nghiền nhỏ chuẩn bị đưa vào thiết bị hồ quang điện (3) với khối lượng xác định Đồng thời CaO đưa vào từ lò nung qua Nhờ thiết bị hồ quang điện CaC2 tạo thành Khí CO tạo thu lấy để tận dụng cho trình khác Thành phần CaC2 chuyển qua thiết bị phản ứng (4) với H2O dẫn vào với dạng nóng để giúp cho trình phản ứng xảy nhanh hiệu suất cao Hỗn hợp khí axetilen khỏi thiết bị phản ứng (4),được máy nén (5) vận chuyển qua thiết bị lọc xốp (6) lọc điện (7) với mục đích lọc khí than đá, nhựa than đá hợp chất cặn bụi sau chuyển qua thiết bị chuyển hóa (9) nhờ gia nhiệt (8) để trình diễn chuyển hóa nhanh Tại tháp chuyển hóa nhờ có mặt cua xúc tác CuCl/NH4Cl xếp theo dạng tầng Sau khí tạo nhờ trình tháp chuyển hóa dẫn vào tháp tổng hợp (10) với có mặt xúc tác Pd/PbCO3 Tại butadien -1,3 tạo dẫn qua thiết bị làm lạnh (11) tới nhiệt độ - 40c vận chuyển vào bồn chứa (12) IV - ỨNG DỤNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA BUTADIEN – 1, 1- ứng dụng Butadien-1,3 monome quan trọng dùng để sản xuất cao su tổng hợp Phần lớn cao su có tên gọi chung dùng rộng rãi để chế tạo lốp, chi tiết nghành công nghệ cao su khác Cao su butadien-nitrit có đặc điểm bật tính bền cao sử dụng để sản xuất chi tiết đặc biệt 15 – Hướng phát triển ngành sản xuất butadien – 1,3 Trong năm 2008, toàn cầu đã sản xuất tiêu thụ tổng cộng khoảng 10.600.000 11.100.000 butadien tương ứng Công suất sử dụng toàn cầu 88% Butadien tiêu thụ ước tính đã tăng gần 2% năm 2008, dự kiến tăng trưởng trung bình 3,8% từ năm 2008 đến 2013, giảm chậm đến 2,3% năm từ năm 2013 đến 2018 Tỷ lệ sử dụng toàn cầu dự kiến tương đương thập niên 90 Cao su butadien styren (rắn & latex) chiếm 30% lượng tiêu thụ butadien toàn cầu năm 2008, cao su polybutadiene chiếm khoảng 25% Tại Việt Nam với nguồn tài nguyên dồi than đá , đá vôi, dầu mỏ… tạo điều kiện phát triên sản xuất cao su từ butadien.Và góp phần vào việc phát triển đất nước 16 TÀI LIÊU THAM KHẢO [1] – CƠ SỞ HÓA HỌC HƯU CƠ.PGS.TS THÁI DOÃN TĨNH.NXS KHOA HOC VÀ KỸ THUẬT [2] – CÔNG NGHỆ TỔNG HỢP HỮU CƠ – HÓA DẦU PHAM THANH HUYỀN.NXB KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT [3] – HÓA HỌC ĐẠI CƯƠNG NGUYỄN ĐỨC CHUNG [4] – TAILIEU.VN 17