Thiết kế phân xưởng sản xuất nitrobenzen

N TT NGHIP Thit K Phõn Xng Sn Xut Nitrobenzen MC LC MC LC GII THIU CHUNG Chng I :TNH CHT CA NGUYấN LIU V SN PHM I Tớnh cht ca nguyờn liu .4 A Tớnh cht ca benzen Cu to ca vũng benzen Tớnh cht vt lý ca benzen Tớnh cht húa hc ca benzen B Tớnh cht ca axit nitric Tớnh cht vt lý ca axit nitrric Tớnh cht húa hc ca axit nitrric C Tớnh cht ca axit sulfuric 11 Tớnh cht vt lý ca axit sulfuric .11 Tớnh cht húa hc ca axit sulfuric 11 D Tớnh cht ca Na2CO3 .13 Tớnh cht vt lý ca Na2CO3 13 Tớnh cht húa hc ca Na2CO3 13 II Tớnh cht ca sn phm .14 Tớnh cht vt lý ca nitrobenzen 14 Tớnh cht húa hc ca nitrobenzen 15 Chng II : CC PHNG PHP SN XUT NITROBENZEN 18 Nitro húa bng axit HNO3 18 Nitro húa bng axit HNO3 + H2SO4 18 Nitro húa bng mui ca HNO3 19 Nitro húa bng cú thờm HCH3COO hay alhydric-axetic .19 Nitro húa bng phng phỏp th cỏc nhúm sulfo, amino, diazo bng nhúm NO2 20 Nitro húa bng oxit nit 20 Nitro húa bng oxit nit cú mt H2SO4 .22 Nitro húa bng HNO3 vi s tỏch nc phn ng .22 Chng III : SN XUT NITROBENZEN TRONG CễNG NGHIP 24 I Quỏ trỡnh nitro húa .24 II Lý thuyt chung 25 Bn cht tỏc nhõn nitro húa .25 C ch phn ng nitro húa bng hn hp H2SO4 + HNO3 28 SV: Phm Ngc Hp- Lp: Hoỏ Du - K44 N TT NGHIP Thit K Phõn Xng Sn Xut Nitrobenzen ng hc phn ng quỏ trỡnh nitro húa bng hn hp HNO3 + H2SO431 Qỳa trỡnh ph nitro húa 33 Nhng yu t nh hng n quỏ trỡnh nitro húa .34 III K thut sn xut quỏ trỡnh nitro húa 38 Thit b nitro húa .38 Chun b hn hp nitro húa .41 Sn xut nhng hp cht nitro 45 IV.Sn xut nitrobenzen 46 S sn xut nitrobenzen bng phng phỏp liờn tc hai bc 46 S nitro húa benzen theo Katter 47 S sn xut nitrobenzen ca Nga 47 S sn xut nitrobenzen theo phng phỏp liờn tc .48 Chng IV TNH TON THIT K .54 I Tớnh cõn bng vt cht thit b nitro húa .54 Lng vt cht vo thit b phn ng 55 Lng vt cht thit b phn ng 56 II Tớnh cõn bng nhit lng thit b nitro húa 57 Nhit lng nguyờn liu mang vo 58 Nhit lng nc lnh mang vo 59 Nhit lng quỏ trinh nitro húa sinh 59 Nhit lng nc lnh mang .59 Nhit lng sn phm mang 59 Nhit lng mt mỏt mụi trng 60 KT LUN 62 TI LIU THAM KHO 63 GII THIU CHUNG Cỏc sn phm húa hc núi chung v c bit l cỏc sn phm ca ngnh cụng ngh tng hp hu c núi riờng, úng vai trũ quan trng i sng cng nh s phỏt trin ca nn kinh t quc dõn Cỏc sn phm ny c sn xut ch yu t nguyờn liu ban u l than ỏ v du m, qua nhiu quỏ trỡnh ch bin húa hc khỏc nhau, to nờn cỏc hp cht hu c trung gian SV: Phm Ngc Hp- Lp: Hoỏ Du - K44 N TT NGHIP Thit K Phõn Xng Sn Xut Nitrobenzen Nitrobenzen l mt cỏc sn phm trung gian ú.Do nhu cu ca ngi ngy cng cao, cho nờn vic tụngr hp hp cht nitrobenzen l ht sc cn thit Nú chim mt v trớ quan trng ngnh cụng nghip hoỏ cht ca nc ta hin Nitrobenzen cú rt nhiu ng dng Phn ln c dựng tng hp anilin, benzidin, dinitrobenzen, thuc nhum Mt lng nh nhng khụng kộm phn quan trng dựng lm dung mụi chn lc, sn xut thuc n v dựng y dc n nay, nitrobenzen c sn xut theo mt phng phỏp nht l nitro húa benzen vi qui mụ ln v khỏ hon thin v mt k thut Nguyờn liu ch yu l benzen , cũn tỏc nhõn nitro húa cú th cú nhiu loi nh axit nitric, mui nitrat, oxit nit Nhng cụng nghip hin hu nh ch s dng tỏc nhõn nitro húa l hn hp axit nitric v axit sulfuric, ngoi cú s dng natricacbonat v nc Do s a dng v nhng ng dng quan trng ca nitrobenzen v cỏc nguyờn liu u cho sn xut nitrobenzen u khụng phi nguyờn liu nhp ngoi nờn vic thit k mt dõy chuyn sn xut nitrobenzen l cn thit Cú nh vy mi to c nhiu sn phm ng dng cỏc ngnh cụng nghip a nc ta dn dn tin n mt nn cụng nghip húa hc tiờn tin hin i Chng I TNH CHT CA NGUYấN LIU V SN PHM A TNH CHT CA NGUYấN LIU I.Tớnh cht ca benzen [ 120 ] Benzen cú cụng thc húa hc l C6H6 Benzen l mt hydrocacbon thm trng thỏi lng, khụng mu, linh ng, cú chit sut cao, cú mựi thm c bit Benzen khụng tan nc, nhng tan ru, ete, du Benzen hũa tan c nhiu cht nha, m, lu hunh v nhiu cht khỏc khụng tan nc Do ú benzen l mt dung mụi rt thụng dng Benzen l ngun nguyờn liu quan trng cụng nghip phm nhum anilin, dc phm, vic sn xut cht ph nõng cao ch s octan i vi nhiờn liu SV: Phm Ngc Hp- Lp: Hoỏ Du - K44 N TT NGHIP Thit K Phõn Xng Sn Xut Nitrobenzen ng c ụtụ v mỏy bay.Nm 1825 Faraday l ngi tỡm benzen Benzen c tỏch t cht lng ngng t bng cỏch nộn khớ du m.Nm 1845 A.W.Hofman thu c benzen t u nh nha than Cu to ca vũng benzen [ 12 ] *Theo quan im c in: phõn t ỷbenzen cú cu to mch vũng khộp kớn Nhiu tỏc gi ó ngh cỏc cụng thc cu to ca vũng benzen, ú cú cụng thc Kekule c s dng nhiu hn c Mc dự vy, cụng thc Kekule khụng phn ỏnh c y cỏc tớnh cht ca benzen Theo quan im hin i: Benzen cú cu to vũng cnh phng Cỏc nguyờn t cacbon vũng u trng thỏi lai húa sp2 Mi nguyờn t cacbon cũn mt electron p cha lai húa Sỏu electron p ca nguyờn t cacbon khụng xen ph u c hai bờn to ỏm mõy electron p phõn b u trờn c nguyờn t cacbon ca vũng v c biu din bng cụng thc sau: Cỏc gúc húa tr u bng 1200 C C C C H C di kiờn kt C C cú giỏ tr trung gian gia liờn kt n C C v liờn kt ụi C = C C C 1,54 A0 C C 1,40 A0 C C 1,34 A0 Chỳng ta d dng nhn thy rng cỏc electron p xen ph khộp kớn nờn cỏc liờn kt C C ca vũng khụng mang tớnh cht ca mt liờn kt ụi C = C Phõn t benzen cú mt electron p phõn b u, phõn t hon ton i xng, bn, vỡ th m khú cng hp, khú oxi húa Nú ch d phỏ v cu trỳc bn ca vũng Tớnh cht vt lý ca benzen [ ] SV: Phm Ngc Hp- Lp: Hoỏ Du - K44 N TT NGHIP Thit K Phõn Xng Sn Xut Nitrobenzen Di õy l cỏc thụng s vt lý ca benzen: im núng chy 5,5330C im sụi 80,10C Khi lng riờng 25oC: 879 kg/m3 nht 200C 0,649.10-3 N.s/m2 Sc cng b mt 200C 29.10-3 N/m Nhit dung riờng 200C 1730 J/kg.o Nhit chp chỏy cc kớn 11,1oC Nhit chỏy ng ỏp 25oC 9,999 kcal/mol Nhit húa hi 8.09kcal/kmol Nhit t bc chỏy khụng khớ 538oC Nhit ti hn 289.45 oC ho tan nc 25oC 0.18g/100g H20 Aựp sut ti hn 48.6 atm Nhit núng chy 30,1 kcal/kmol ho tan ca nc benzen 0.05g/100g C 6H6 Nhit lng núng chy 2,351 kcal/mol T trng ti hn 0,3 g/ml Hng s vt lý mt s hydrocacbon thm [ ] : Cụng thc Tờn gi tnc0C SV: Phm Ngc Hp- Lp: Hoỏ Du - K44 tsụi0C T N TT NGHIP Thit K Phõn Xng Sn Xut Nitrobenzen C6H6 Benzen +5,51 80,1 0,8790 C6H5CH3 Toluen -95 110,6 0,8669 C6H5(CH3)2 Xilen Para-xilen +13,2 138,4 0,8610 Octo-xilen -29,0 144,4 0,8802 Meta-xilen -53,6 139,1 0,8641 Etylbenzen -94,0 136,2 0,8669 C6H5C2H5 Tớnh cht húa hc ca benzen [ ] a Phn ng cng hp : Khú thc hin, ũi hi iu kin khc nghit : nhit , xỳc tỏc, ỏp sut + Phn ng kh : Ni,200 - 3000C,300 atm + 3H2 benzen xyclohexan + Tỏc dng vi clo : Cl CH + CI2 nhit , ỏp sut ỏnh sỏng Cl CH CH- Cl Cl CH CHCl CH Cl a Phn ng oxi húa : Rt khú thc hin SV: Phm Ngc Hp- Lp: Hoỏ Du - K44 N TT NGHIP Thit K Phõn Xng Sn Xut Nitrobenzen Cỏc cht oxi húa thụng thng nh KMNO4 ,K2Cr2O7 / H2SO4 khụng cú kh nng oxi húa nhõn benzen ỷ nhit cao, benzen b oxi húa bi oxi to anhydric maleic vi s cú mt ca xỳc tỏc V2O5 : O CH + 450 C V2O5 9/2O2 benzen C O CH C O anhydricaxetic b.Phn ng th electrophyl SE : phn ng halogen húa : X + X2 FeX3 + HX ; (X = Cl, Br) Phn ng nitro húa : + HNO3 NO2 H2SO4 + H2O 55 60 C Phn nựg sulfo húa : SO3H + H2SO4 + H2O Phn ng ankyl húa : R + RCl AlCl3 Phn ng axyl húa : SV: Phm Ngc Hp- Lp: Hoỏ Du - K44 + HCl O C R N TT NGHIP Thit K Phõn Xng Sn Xut Nitrobenzen O + R C Cl + + AlCl3 HCl II.Tớnh cht ca axit nitric [ 134 ], [ 183 ] Axit nitric cú cụng thc phõn t HNO3 l mt axit mnh c dựng lm tỏc nhõn nitro húa benzen sn xut nitrobenzen trng thỏi hi, phõn t axit nitric cú cu to phng H O 0,96 A O 102 1160 N 1,41 A0 1,21 A0 1300 1140 O I Tớnh cht vt lý ca axit nitric ỷ iu kin thng axit nitric l cht lng khụng mu, bc khúi mnh khụng khớ Axit nitric c tan nc theo bt kỡ t l no Nú to nờn vi nc hn hp ng sụi cha 69,2% axit v sụi 121,80C di ỏp sut thng Axit nitric tinh khit kộm bn, d b phõn hy di tỏc dng ca ỏnh sỏng v nhit : HNO3 = NO2 + O2 + H2O Khớ NO2 sinh li tan vo axit nitric lm cho cht lng t khụng mu tr nờn cú mu vng Bn thõn axit nitric tinh khit t ion húa nh sau : HNO3 NO2+ + NO3- + H2O Trong ú nng ca mi loi ion l 0,5 mol/lớt nhit 100C Khi tan dung mụi cú kh nng cho proton mnh hn, nh axit sulfuric v axit pecloric, axit nitric phõn ly cho ion nitroni NO2+ : HNO3 + 2HClO4 SV: Phm Ngc Hp- Lp: Hoỏ Du - K44 NO2+ + 2ClO4- + H3O+ N TT NGHIP 4HNO3 + Thit K Phõn Xng Sn Xut Nitrobenzen 4NO2+ + 2HSO4- + 2H2SO4 H3O+ Qỳa trỡnh phõn ly ny to nờn nhiu ion nitroni hn s t ion húa ca axit nitric Mt s tớnh cht vt lý ca axit nitric [6] : Nhit sụi 82,60C Nhit kt tinh -41,590C Khi lng riờng 200C 1512,8 kg/m3 Ch s khỳc x nD25 1,397 nht 200C 0,8.10-3 N.s/m2+ Nhit to thnh pha lng 2,7474 J/g Nhit to thnh pha khớ 2,1258 J/g Nhit húa hi 200C 626,3 J/g Nhit dung riờng 200C 1.748 j/g. Nhit núng chy 600 kcal/kmol 2.Tớnh cht húa hc ca axit nitric : Axit nitric l axit mnh, tng i ớt bn, oxi húa mnh v l tỏc nhõn nitric húa a Tỏc dng vi kim loi : Axit nitric cú th tng tỏc vi hu ht kim loi tr Au, Pt, Rh, Ta v Ir Tựy thuc vo nng ca axit, nhit v bn cht ca kim loi m sn phm thu c l HNO2, NO2, N2O, N2 , NH4+ Núi chung nhng kim loi cú th in cc khỏ nh hn th in cc ca hidro s kh axit nitric n N2O, N2, NH4+ Vớ d : 4Zn + 10HNO3(loóng) = 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O Nhng kim loi khỏc kh axit nitric c n NO2 v kh axit nitric loóng n NO Vớ d : 3CU + 8HNO3(loóng) Pb + 4HNO3(c) = 3CU(NO3)2 + 2NO + 4H2O = Pb(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O SV: Phm Ngc Hp- Lp: Hoỏ Du - K44 N TT NGHIP Thit K Phõn Xng Sn Xut Nitrobenzen iu l l mt s kim loi thụng thng nh Fe, Al, v Cr khụng nhng khụng tng tỏc vi axit nitric c m cũn c axit ú th ng húa (do to thnh mng oxit rt mng v khú tan) b Tỏc dng vi phi kim : Axit nitric cú th oxi húa c mt s nguyờn t khụng kim loi nh C, P, As, S lờn s oxi húa cao nht : S + S + 2HNO3(loóng) = H2SO4 + NO 6HNO3(c) = H2SO4 + 4NO2 + 2H2O 2+ Ging vi axit nitr, axit nitric c oxi húa ion Fe n ion Fe3+ cũn bn thõn axit c kh n NO Khi cú d ion Fe2+, NO s kt hp vi ion ú cho hp cht mu nõu v kộm bn : 6FeSO4 + 3H2SO4 + 2HNO3 = 3Fe2(SO4)3 + NO + 4H2O FeSO4 + NO = [Fe(NO)]SO4 Khỏc vi axit nitr, axit nitric loóng khụng oxi húa c HI n I2 Tuy nhiờn axit c oxi húa c khụng nhng HI m c HCl : HNO3(c) + 3HCl NO + Cl2 + 2H2O Hn hp ca mt th tớch axit nitric c v ba th tớch axit clohidric c c gi l cng thy, nú cú th hũa tan c c vng v Platin 3Pt + 4HNO3 + 12HCl = 3PtCl4 + 4NO + 8H2O PtCl4 + 2HCl = H2[PtCl6] Axit cloroplatinic Axit nitric tinh khit hn hp vi axit sunfuric c l tỏc nhõn nitro húa cỏc hp cht hu c mch vũng thm Vớ d : H + H NO2 H2SO NO2 + H2O II.Tớnh cht ca axit sulfuric [3 117],[4 230] Axit sulfuric (H2SO4) c s dng nh mt cht xỳc tỏc quỏ trỡnh nitro húa ng thi cũn to iu kin cho vic s dng axit nitric trit hn SV: Phm Ngc Hp- Lp: Hoỏ Du - K44 10 N TT NGHIP Thit K Phõn Xng Sn Xut Nitrobenzen Tớnh cht vt lý ca axit sulfuric Axit sulfuric l mt cht lng nng (d = 1,827 g/cm3 ), sỏnh nh du, khụng cú mu v mựi, cỏc phõn t liờn hp vi bng liờn kt hidro, ụng c 10,370C v sụi kốm theo s phõn hy khong 2800C Hn hp ng sụi ỏp sut atm cha 98,2% H2SO4 sụi 3380C Axit sulfuric tan vụ hn nc v quỏ trỡnh tan ú ta rt nhiu nhit Vỡ vy pha loóng cn phi dn dn axit vo nc ng thi khuy u, tuyt i khụng c nc vo axit Axit sulfuric cú kh nng hỳt nc mnh nờn thng c dựng nh mt cht lm khụ Tớnh cht húa hc ca axit sulfuric Axit sulfuric cú nhng tớnh cht húa hc ch yu sau : axit mnh, oxi húa, sulfo húa, hidrat húa Trong dung dch nc axit sulfuric l axit mnh nc in ly u tiờn, nc th hai nú in ly yu hn : H2SO4 H+ + HSO-4 HSO-4 H+ + SO-4 Axit sulfuric tinh khit l dung mụi ion húa ( = 100 250C) Bn thõn axit cng t ion húa theo s : H2SO4 + H2SO4 H3SO4+ + HSO4- Axit sulfuric c núng oxi húa c c nhng kim loi kộm hot ng nh ng, bc, thy ngõn (0 > 0) v sn phm sù kh H2SO4 l SO2 Vớ d : H2SO4 + Cu CuSO4 + SO2 + 2H2O Vi cỏc kim loi hot ng, sn phm s kh axit sulfuric ngoi SO2 cũn to thnh S, H2S Vớ d : Mg + 2H2SO4 MgSO4 + SO2 + 2H2O 3Mg + 4H2SO4 3MgSO4 + S + 4H2O 4Mg + 5H2SO4 4MgSO4 + H2S + 4H2O Axit sulfuric nng ln hn 65%, ngui khụng tỏc dng vi st Vi mt s phi kim nh P, S, C b axit sulfuric c núng oxi húa n oxit hoc axit tng ng SV: Phm Ngc Hp- Lp: Hoỏ Du - K44 11 N TT NGHIP Thit K Phõn Xng Sn Xut Nitrobenzen Vớ d : H2SO4 + S 3SO2 + 2H2O Tớnh cht sunfo húa cỏc hp cht hu c vũng thm ca axit sulfuric c th hin phn ng : Ar H + 2H2SO4 H3O+ + HSO4- ArSO3H + Cui cựng axit sulfuric c l tỏc nhõn hidrat húa, nú cú th húa than gluxit Vớ d : (C6H10O5)n + H2SO4 6nC + H2SO4 5nH2O Trỏi vi axit c, axit sulfuric loóng khụng tỏc dng vi phi kim v ch phn ng vi nhng kim loi cú th kh õm v sn phm s kh axit l khớ hidro : Zn + H2SO4 ZnSO4 + H2 II.Tớnh cht ca Na2CO3 [ ] , [ 147 ] Natri cacbonat hay soda (Na2CO3) c dựng lm cht trung hũa axit d Tớnh cht vt lý ca Na2CO3 Nhng thụng s vt lý ca Na2CO3 : Khi lng riờng 200C 2533 kg/m3 Nhit núng chy 8540C Khi lng phõn t o T trng 20 C Nhit to thnh 105.99 kg/kmol 2.533 g/cm3 10.676 j/g Nhit núng chy 7000 kcal/kmol Nhit dung riờng 250C 0,2493 kcal/kg. Natri cacbonat khan l cht bt mu trng, hỳt m Nú d tan nc, quỏ trỡnh tan phỏt nhiu nhit s to thnh cỏc hidrat T dung dch nhit di 32,50C, natri cacbonat kt tinh di dng ecahidrat Na2CO3.10 H2O õy l nhng tinh th n t sut, khụng mu, d tan nc v núng chy nc kt tinh 32,50C Gia nhit ú v SV: Phm Ngc Hp- Lp: Hoỏ Du - K44 12 N TT NGHIP Thit K Phõn Xng Sn Xut Nitrobenzen 35,40C, nú mt nc bin thnh heptahidrat Na2CO3.7 H2O, trờn 35,40C bin thnh monohidrat Na2CO3.H2O v n 1070C mt nc hon ton bin thnh soda khan tan ca cỏc hidrat cha nhiu phõn t nc tng lờn theo nhit , cũn tan ca monohidrat gim xung Khi khụng khớ, ecahidrat mt bt nc kt tinh tr nờn trng Tớnh cht húa hc ca Na2CO3 Khi tan nc, natri cacbonat b thy phõn lm cho dung dch cú phn ng kim : Na2CO3 + H2O NaHCO3 + NaOH Tỏc dng viự vụi tụi : Na2CO3 + CaCO3 Ca(OH)2 + 2NaOH Tỏc dng vi CO2 v H2O : Na2CO3 + CO2 + H2O = 2NaHCO3 B TNH CHT CA SN PHM Nitrobenzen cú cụng thc phõn t C6H5NO2, l hp cht nitro thm n gin nht Cht lng nh du Nitrobenzen c iu ch bng cỏch dựng hn hp HNO3 v H2SO4 nitro húa benzen Dựng lm nguyờn liu sn xut anilin, benzidin, thuc nhum, dung mụi v cht oxi húa 1.Tớnh cht vt lý ca nitrobenzen : Nitrobenzen tinh khit l cht lng khụng mu (nitrobenzen cụng nghip cú mu vng), cú mựi hnh nhõn, c, ớt tan nc, cú th bay hi theo hi nc Nitrobenzen d tan c hu ht cỏc dung mụi hu c v tan ln vi benzen mi t l Nitrobenzen l mt dung mụi hu c tt cú th hũa tan c AlCl3 Nhng thụng s vt lý quan trng ca nitrobenzen : + Nhit núng chy 5,850C + Nhit sụi 101 kPa 210,90C 13 kPa 139,90C kPa 108,20C 0,13 kPa 53,10C + T trng d41,5 SV: Phm Ngc Hp- Lp: Hoỏ Du - K44 1,344 13 N TT NGHIP Thit K Phõn Xng Sn Xut Nitrobenzen d410 1,213 15,5 d4 1,208 - 1,221 d425 1,119 + nht (150C) 2,17.10-2 mPa.s + Sc cng b mt (200C) 43,35 mN/m + Hng s in mụi 200C 35,97 1700C 18,15 + Nhit dung riờng (30 C) 14,18 J/g + Nhit núng chy 94,1 J/g + Nhit húa hi 331 J/g + Nhit chp chỏy cc kớn 880C + Nhit t bc chỏy 4820C + Gii hn n khụng khớ (930C) 1,8% V + T trng pha hi 4,1 15 + Ch s khỳc x n 1,55457 Tớnh cht húa hc ca nitrobenzen : Hp cht nitro thm tham gia hai loi phn ng chớnh l : phn ng kh húa nhúm nitro (NO2) thnh nhúm amin NH2 v cỏc phn ng th xy nhõn thm (th electrophylvaf th nucleophyl) a Phn ng kh : Hp cht nitro thm b kh hoỏ to cỏc sn phm trung gian khỏ phc - Kh mụi trng axit : cht kh c dựng l kim loi , vớ d: Fe hoc Sn, Zn mụi trng axit (HCl) NO2 NO 2H 2H NO2O -H Nitrobenzen NHOH NH2 2H + Nitrozo Hydroxylamin H2O Anilin - Kh mụi trng kim : cht kh Zn + NaOH hoc NiAlH4 Phn ng to cỏc sn phm trung gian khỏ phc v khú tỏch NO2 NO NHOH [H] 14 SV: Phm Ngc Hp- Lp: Hoỏ Du - K44  N TT NGHIP Thit K Phõn Xng Sn Xut Nitrobenzen N=N nitrrobenzen nitrrozo hydroxyamin O Azoxibenzen NH2 NH NH N=N Azobenzen Hydrazobenzen - Kh mụi trng trung tớnh : cht kh : Zn + NH4Cl Phn ng kh dng li sn phm hydroxylamin NO2 NHOH + 2Zn + NH4Cl benzen + H2O hydroxylamin Phn ng kh hoỏ cú th tin hnh vi hydro phõn t H2, dựng xỳc tỏc Ni hoc Pt, Pd b Phn ng th electrophyl : NO2 l nhúm th ng hoỏ nhõn benzen phn ng SE , v l nhúm nh hng meta : Vớ d : NO2 NO2 + Cl2 FeC3 + HCl Cl m clo nitrobenzen Nitrobenzen c Phn ng th nucleophyl: Nhúm -NO2 th hin hai hiu ng õm : -C, -I , l nhúm hỳt electron mnh , lm gim kh nng phn ng ca nhõn phn ng th electrophyl Ngc li nú lm hot ng hoỏ vũng thm phn ng th nucleophyl Vớ d:Phn ng th nucleophyl ca dn xut halogen xy thun li vũng benzen ,ngoi nguyờn t halogen cũn cú nhúm -NO2 cỏc v trớ octo v para O2N CL + NaOH O2N SV: Phm Ngc Hp- Lp: Hoỏ Du - K44 OH + NaCL 15 N TT NGHIP Thit K Phõn Xng Sn Xut Nitrobenzen Nhúm -NO2 l nhúm hỳt electron mnh lm phõn tỏn in tớch õm v lm b cacbanion phn ng th electrophyl ng dngca nitrobenzen: Nitrobenzen l mt sn phm trung gian quan trng Hu ht nitrobenzene c dựng chuyn hoỏ thnh anilin ,benzidin, dinitrobenzene,lamf cht xỳc tin lu hoỏ cao su, dựng sn xut thuc nhum anilin en Ngoi cũn dựng lm dung mụi chn lc tinh ch du m v moat s ng dng quan trng na l dựng sn xut thuc n v dựng y dc Chng II CC PHNG PHP SN XUT NITROBENZEN [ ] Niro hoỏ bng axit HNO3 : Phn ng xy theo phng trỡnh : ArH + HONO2 ArNO2 + H2O Nc to quỏ trỡnh s lm loóng nng ca HNO3 Hng s tc phn ng nitro hoỏ ph thuc vo nng axit cho nờn tc nitro hoỏ gim xung nng axit gim ti mt tr s xỏc nh thỡ phn ng thc t khụng th xy na vớ d : nitro hoỏ toluen nng HNO3 < 50% s khụng xy na tng cng tc nitro hoỏ thỡ tng nhit lờn nhng quỏ trỡnh oxi hoỏ li tng, lm sinh cỏc sn phm ph khụng mong mun i vi phng phỏp ny tt hn ht l nờn lm vic nhit thp v phi dựng axit nitric tht tinh khit Nhiu cht b nitro hoỏ bi HNO3 nh : phenol, phennangtren, naptalin, angtraxen Nhng thc t cụng ngh ớt dựng c nht HNO3 thng thờm cht hỳt nc vo 2.Nitro hoỏ bng axit HNO3 + H2SO4 : õy l phng phỏp thụng dng nht hin vỡ cú nhng u im sau : - S dng c hon ton HNO3 SV: Phm Ngc Hp- Lp: Hoỏ Du - K44 16 N TT NGHIP Thit K Phõn Xng Sn Xut Nitrobenzen - Gim bt c quỏ trỡnh oxi hoỏ ca HNO3 n mc ti thiu - Cú th dựng li c axit ó lm vic (rt kinh t) - Cú th nitro hoỏ nhit cao c (cao hn so vi phng phỏp dựng HNO3 ) - Axit H2SO4 giỳp cho quỏ trỡnh to NO2+ nhanh,lm tng tc phn ng - Hiu sut t c tng i cao n 98% li khụng cn HNO3 tinh khit Ngoi H2SO4 cũn cú th dựng cỏc tỏc nhõn khỏc hỳt nc nh : BF3, P2O5 Vớ d : ArH + HNO3 + BF3 ArNO2 + BF3 H2O Nitro hoỏ bng mui ca HNO3 : Phn ng xy theo phng trỡnh : NaNO3 + H2SO4 HNO3 + NaHSO4 HNO3 l tỏc nhõn nitro hoỏ u im ca phng phỏp ny : - Mụi trng tuyt i khụng cú nc - Hu nh khụng cú quỏ trỡnh oxi hoỏ, khụng cú HNO2 Nhc im : -Khụng th s dng cn tha l bisulfat natri - Nu ta dựng NH4NO3 thỡ tt hn vỡ bisulfat amon dựng tt v x lý d dng - Nu dựng HNO3 nitro hoỏ toluen sn phm t oxi hoỏ l meta nitrobenzenandehyt Hiu sut ca nú tng theo s tng ca nhit Nitro hoỏ cú thờm HCH3COO hay alhydric axetic : Hn hp ca HNO3 vi HCH3COO hay vi alhydric axetic l hn hp tỏc nhõn nitro hoỏ Axit axetic l mụi trng tt nitro hoỏ mch nhỏnh Dựng alhydric axetic cũn li hn vỡ nú cũn cú tỏc dng hỳt nc tt Alhydric axetic + HNO3 HNO3 + axetylnitrat (CH3CO)2 O SV: Phm Ngc Hp- Lp: Hoỏ Du - K44 N2O5 + 2CH3COOH 17 N TT NGHIP N2O5 Thit K Phõn Xng Sn Xut Nitrobenzen + (CH3CO)2O 2CH3COONO2 u tiờn l axetyl hoỏ sau l quỏ trỡnh to hp cht nitro : ArH + CH3COONO2 ArNO2 + CH3COOH Axit axetic cng kt hp vi HNO3 to thnh hp cht phc cht hai cu t (HNO3.HCH3COO) lm nh hng n tc phn ng Nitro hoỏ bng phng phỏp th cỏc nhúm sulfo, amino, diazo bng nhúm NO2 : Vớ d : ArN = N O.NO2 + NaNO2 ArN = N O NO + NaNO3 Diazonitrat Diazonitrit Sau ú chuyn thnh hp cht nitro : ArN = NO NO ArNO2 + N2 Phng phỏp ny thng dựng cụng nghip thuc nhum iu ch mờta- nitronaptalin hoc iu ch phũng thớ nghim para dinitro benzen tinh khit t para nitro-anilin Nitro hoỏ bng oxit nit : Phng phỏp ny c nghiờn cu v a vo sn xut t nm 1910 n 1915 Nitro hoỏ bng oxit nit k thut rt u vit, vỡ nú khụng cn qua giai on iu ch HNO3 Nh ta ó bit sn xut HNO3 t oxit nit l mt iu phc v thit b v k thut, quỏ trỡnh phi oxi hoỏ NO thnh NO2 sau ú dựng nc hp th c axit loóng ri dựng H2SO4 c tng nng ca HNO3 Vỡ vy dựng oxit nit quỏ trỡnh oxi hoỏ nit l mt rt kinh t N2O4 nm hai dng ng phõn : N2O4 2NO2 nhit thp nm dng ng phõn imer oxit nit nhit ln hn 1400C thỡ N2O4 phõn ly hon ton Khi nhit 270C khong 20% N2O4 nm di dng monomer Mu sc ca N2O4 cng thay i theo nhit , 500C l tinh th khụng mu, 1830C l khớ mu en Phn ng tỏc dng gia benzen v N2O4 xy : NO2 SV: Phm Ngc Hp- Lp: Hoỏ Du - K44 18 N TT NGHIP Thit K Phõn Xng Sn Xut Nitrobenzen + 3N2O4 benzen + 3HNO3 O2N NO2 trinitrobenzen Khi tỏc dng benzen vi N2O4 ngi ta thng thờm tỏc nhõn ph tr vo vớ d nh AlCl3 v FeCl3 Khi cú mt nhng clorit y benzen s tỏc dng rt mónh lit vi N2O4 to thnh mt phc cht Vớ d : i vi benzen thỡ thnh phn cui cựng l: 2AlCl3.3C6H6.3N2O4 v FeCl3.2C6H6.2NO4 Trong ú nc s tỏch hp cht , ng thi cht hu c C6H6N2O4 tỏch HNO2 v bin thnh nitrobenzen Khi un núng AlCl3 vi N2O4 v hp cht thm vng mt ca H2O thỡ phn ng xy theo phng trỡnh : 2AlCl3 + 3ArH + 3N2O4 3ArNO2 + 3NOCl + Al2Cl3(OH)3 Titop cho rng s tỏc dng xy s bóo ho tng bc ca AlCl3, giai on u to thnh : ArNO2.AlCl2(OH)+ AlCl3.NOCl v cui cựng to thnh : AlCl(OH)2.ArNO2.2NOCl C ch phn ng nitro hoỏ ny Titop gii thớch bng s tỏc dng cú cc ca AlCl3 dn n s ion hoỏ phõn t N2O4 nh s : AlCl3 + N 2O AlCl3.NO2.NO2 H AlCl3.NO2.NO2 + C6H6 NO2 ( NO2AlCl )- H+ Trong hp cht trung gian ny, hydrozen liờn kt vi nguyờn t cacbon cựng vi NO2 , d dng tỏch di dng ion to thnh nitrobenzen ri kt hp vi phõn t th hai AlCl3 thnh phõn t Ngi ta cũn dựng PCl5 lm tỏc nhõn ph tr, phn ng xy theo phng trỡnh : PCl5 + ArH + N2O4 POCl3 + HCl + NOCl + ArNO2 SV: Phm Ngc Hp- Lp: Hoỏ Du - K44 19 N TT NGHIP Thit K Phõn Xng Sn Xut Nitrobenzen Phng phỏp ny ch dựng gn ni sn sut HNO3 Nitro hoỏ bng oxit nit cú mt H2SO4 : Khi cú mt H2SO4 thỡ : N2O3 + 3H2SO4 N2O4 + 3H2SO4 N2O5 + 3H2SO4 2NO+ + 3HSO4- + H3O+ NO+ + NO2+ + 3HSO4- + H3O+ 2NO2+ + 3HSO4- + H3O+ NO2+ l tỏc nhõn nitro hoỏ Trong quỏ trỡnh ch cú 50% ioxit nit l tham gia vo phn ng Cũn 50% khỏc tỏc dng vi axit H2SO4 thnh sulfua nitrozyl : C6H6 + H2SO4 + 2NO2 C6H5NO2 + NOOSO3H + H2O Phn ng vi toluen, meta v para xylen , clobenzen, nitrobenzen cng xy tng t nh th Angtraquinon cng cho sn phm nitro tỏc dng N2O4 mụi trng oleum cha 5% SO3 cựng vi axit H2SO4 nng 70 100% Nitro hoỏ bng HNO3 vi s tỏch nc phn ng : u im ca phng phỏp ny l khụng dựng H2SO4 vỡ vic thu hi H2SO4 axit ó dựng tn nhit, h thng thit b c bit S tỏch nc to thnh bng cỏch to nờn mt hn hp ng phớ gia nc v hydrocacbon thm hay vi mt dung mụi tr cho vo t l vi lng HNO3 Nhiu ArH to vi nc mt hn hp ng phớ nh : Toluen nc sụi 84,10C (toluen sụi 110,80C) Benzen nc sụi 690C (benzen sụi 80,40C) Duy trỡ nhit ca nitrator bng nhit sụi ca hn hp ng phớ s tỏch c nc quỏ trỡnh nitro hoỏ +u im : - Khụng nhn c axit ó dựng, khụng cn tỏi sinh - Tỏch nc nờn tng nng ca HNO3 Hn hp bay lờn s qua tinh luyn dung dch ng phớ khụng ng nht bc s tỏch bng lng phõn riờng ArH s a v nitro hoỏ li SV: Phm Ngc Hp- Lp: Hoỏ Du - K44 20 [...]... của dẫn xuất halogen xảy ra thuận lợi khi trong vòng benzen ,ngoài nguyên tử halogen còn có nhóm -NO2 ở các vị trí octo và para O2N CL + NaOH O2N SV: Phạm Ngọc Hợp- Lớp: Hoá Dầu - K44 OH + NaCL 15 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xưởng Sản Xuất Nitrobenzen Nhóm -NO2 là nhóm hút electron mạnh làm phân tán điện tích âm và làm bề cacbanion trong phản ứng thế electrophyl 3 Ứng dụngcủa nitrobenzen: Nitrobenzen. ..ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xưởng Sản Xuất Nitrobenzen 1 Tính chất vật lý của axit sulfuric Axit sulfuric là một chất lỏng nặng (d = 1,827 g/cm3 ), sánh nhƣ dầu, không có màu và mùi, các phân tử liên hợp với nhau bằng liên kết hidro, đông đặc ở 10,370C và sôi kèm theo sự phân hủy ở khoảng 2800C Hỗn hợp đồng sôi ở áp suất 1 atm chứa 98,2% H2SO4... Nitrobenzen là một sản phẩm trung gian quan trọng Hầu hết nitrobenzene đƣợc dùng để chuyển hoá thành anilin ,benzidin, dinitrobenzene,lamf chất xúc tiến lƣu hoá cao su, dùng để sản xuất thuốc nhuộm anilin đen Ngoài ra còn dùng làm dung môi chọn lọc để tinh chế dầu mỏ và moat số ứng dụng quan trọng nửa là dùng để sản xuất thuốc nổ và dùng trong y dƣợc Chƣơng II CÁC PHƢƠNG PHÁP SẢN XUẤT NITROBENZEN [ 8... Sn, Zn trong môi trƣờng axit (HCl) NO2 NO 2H 2H NO2O 2 -H Nitrobenzen NHOH NH2 2H + Nitrozo Hydroxylamin H2O Anilin - Khử trong môi trƣờng kiềm : chất khử Zn + NaOH hoặc NiAlH4 Phản ứng tạo ra các sản phẩm trung gian khá phức tạp và khó tách NO2 NO NHOH [H] 14 SV: Phạm Ngọc Hợp- Lớp: Hoá Dầu - K44 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xưởng Sản Xuất Nitrobenzen N=N nitrrobenzen nitrrozo hydroxyamin O Azoxibenzen... thành các hidrat Từ dung dịch ở nhiệt độ dƣới 32,50C, natri cacbonat kết tinh dƣới dạng đecahidrat Na2CO3.10 H2O Đây là những tinh thể đơn tà trong suốt, không màu, dễ tan trong nƣớc và nóng chảy trong nƣớc kết tinh ở 32,50C Giữa nhiệt độ đó và SV: Phạm Ngọc Hợp- Lớp: Hoá Dầu - K44 12 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xưởng Sản Xuất Nitrobenzen 35,40C, nó mất nƣớc biến thành heptahidrat Na2CO3.7 H2O,... 2NaHCO3 B TÍNH CHẤT CỦA SẢN PHẨM Nitrobenzen có công thức phân tử C6H5NO2, là hợp chất nitro thơm đơn giản nhất Chất lỏng nhƣ dầu Nitrobenzen đƣợc điều chế bằng cách dùng hỗn hợp HNO3 và H2SO4 để nitro hóa benzen Dùng làm nguyên liệu để sản xuất anilin, benzidin, thuốc nhuộm, dung môi và chất oxi hóa 1.Tính chất vật lý của nitrobenzen : Nitrobenzen tinh khiết là chất lỏng không màu (nitrobenzen công nghiệp... HNO3 +  axetylnitrat (CH3CO)2 O SV: Phạm Ngọc Hợp- Lớp: Hoá Dầu - K44 N2O5 + 2CH3COOH 17 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP N2O5 Thiết Kế Phân Xưởng Sản Xuất Nitrobenzen + (CH3CO)2O 2CH3COONO2 Đầu tiên là axetyl hoá sau là quá trình tạo ra hợp chất nitro : ArH + CH3COONO2  ArNO2 + CH3COOH Axit axetic cũng kết hợp với HNO3 tạo thành hợp chất phức chất hai cấu tử (HNO3.HCH3COO) làm ảnh hƣởng đến vận tốc phản ứng 5 Nitro... làm tác nhân phụ trợ, phản ứng xảy ra theo phƣơng trình : PCl5 + ArH + N2O4  POCl3 + HCl + NOCl + ArNO2 SV: Phạm Ngọc Hợp- Lớp: Hoá Dầu - K44 19 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xưởng Sản Xuất Nitrobenzen Phƣơng pháp này chỉ dùng gần nơi sản suất HNO3 7 Nitro hoá bằng oxit nitơ có mặt H2SO4 : Khi có mặt H2SO4 thì : N2O3 + 3H2SO4 N2O4 + 3H2SO4 N2O5 + 3H2SO4 2NO+ + 3HSO4- + H3O+ NO+ + NO2+ + 3HSO4- +... hoá bằng axit HNO3 + H2SO4 : Đây là phƣơng pháp thông dụng nhất hiện nay vì có những ƣu điểm sau : - Sử dụng đƣợc hoàn toàn HNO3 SV: Phạm Ngọc Hợp- Lớp: Hoá Dầu - K44 16 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xưởng Sản Xuất Nitrobenzen - Giảm bớt đƣợc quá trình oxi hoá của HNO3 đến mức tối thiểu - Có thể dùng lại đƣợc axit đã làm việc (rất kinh tế) - Có thể nitro hoá ở nhiệt độ cao đƣợc (cao hơn so với phƣơng... Nhiệt độ nóng chảy 5,850C + Nhiệt độ sôi ở 101 kPa 210,90C ở 13 kPa 139,90C ở 4 kPa 108,20C ở 0,13 kPa 53,10C + Tỷ trọng d41,5 SV: Phạm Ngọc Hợp- Lớp: Hoá Dầu - K44 1,344 13 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết Kế Phân Xưởng Sản Xuất Nitrobenzen d410 1,213 15,5 d4 1,208 - 1,221 d425 1,119 + Độ nhớt (150C) 2,17.10-2 mPa.s + Sức căng bề mặt (200C) 43,35 mN/m + Hằng số điện môi ở 200C 35,97 ở 1700C 18,15 0 + Nhiệt dung