Tìm hiểu về quy trình sản xuất fomaldehyt và nhựa phenol fomaldehyt

Tìm hiểu về quy trình sản xuất fomaldehyt và nhựa phenol fomaldehyt Tiểu luận Công nghệ tổng hợp hợp chất trung gian Nguyễn Hồng Liên ĐHBKHNTìm hiểu về quy trình sản xuất fomaldehyt và nhựa phenol fomaldehyt Tiểu luận Công nghệ tổng hợp hợp chất trung gian Nguyễn Hồng Liên ĐHBKHNTìm hiểu về quy trình sản xuất fomaldehyt và nhựa phenol fomaldehyt Tiểu luận Công nghệ tổng hợp hợp chất trung gian Nguyễn Hồng Liên ĐHBKHNTìm hiểu về quy trình sản xuất fomaldehyt và nhựa phenol fomaldehyt Tiểu luận Công nghệ tổng hợp hợp chất trung gian Nguyễn Hồng Liên ĐHBKHN

Trang 1

Tổng quan về nhựa phenol-fomaldehyt

1 Lịch sử hình thành

– Nhựa PF là một loại nhựa phenolic là sản phẩm của

phản ứng trùng ngưng giữa phenol và formaldehyt – Nhựa phenolic được nhà hóa học người Đức Bayer

nghiên cứu đầu tiên vào năm 1872.

– Cuối thế kỷ 19, Thus, Claus, Trainer đã tổng hợp

được nhựa phenol và aldehyde trong môi trường axit HCl.

– Bulumer đã ngưng tụ phenol và formaldehyde khi có

mặt các loại axit, thu được loại nhựa hoà tan trong rượu, được dựng làm vecni.

Tìm hiểu về quy trình sản xuất fomaldehyt

và nhựa phenol fomaldehyt.

Trang 2

Nội dung trình bày

Trang 3

Lịch sử hình thành

– Smith tạo nhựa phenolic từ phenol và axetaldehyde với HCl làm xúc tác cho loại nhựa có tính chất cách điện tốt.

– Ngày 7/12/1909 Leo Backeland đang ký bản quyền

và đặt cho sản phẩm thương hiệu là Bakelit.

– Tại Nga phản ứng của phenol và formaldehyde lần đầu tiên được giáo sư Petrov nghiên cứu vào năm 1914.

Trang 4

Nhu cầu thị trường và tình hình phát triển

Trang 5

Ở Việt Nam

• Năm 1958 - 1960 Trung Tâm Nghiên Cứu Vật Liệu Polyme Trường ĐHBK Hà Nội đã xây lắp phân xưởng sản xuất keo dán phenol

formaldehyde tại nhà máy gỗ ép Cầu Đuống

• Năm 1975 Nam Tư giúp đỡ xây dựng nhà máy ván dăm ở khu công nghiệp Việt Trì Sau đó Miền nam có các nhà máy gỗ ép, ván dăm Đồng Nai, Sài Gòn

• Tình hình phát triển nhựa phenolic ở Việt Nam năm 2000 đến nay : Giai đoạn 1: từ năm 20002002 xây dựng và lắp đặt 6 nhà máy sản xuất ván ép nâng công xuất lên 22.000 tấn

Giai đoạn 2: xây dựng và đầu tư chiều sâu cho 108 nhà máy chế biến lâm nghiệp

Giai đoạn 3: xây dựng và hoàn thiện xong 108 nhà máy nâng công suất lên 85.000 tấn đáp ứng đáp ứng một phần nhu cầu trong nước.

Trang 6

Phân loại

Novolac

• Là nhựa nhiệt dẻo, không có khả năng tự đóng rắn tạo thành polime mạng lưới không gian

Trang 7

Phân loại

Nhựa Rezolic

Nhựa rezol

Nhựa rezitol

Nhựa rezit

Trang 8

và nhựa rezit.

Tồn tài ở dạng nhớt, có màu

từ vàng đến nâu tùy thuộc vào lượng dư phenol có trong nhựa

Trang 11

Phenol và các dẫn xuất

 Công thức phân tử: C6H5OH.

 Công thức cấu tạo :

 Tính chất vật lý:

 Ở điều kiện thường tồn tại ở dạng tinh thể hình kim, không màu có mùi hắc đặc trưng, để lâu trong không khí có màu hồng và biến thành màu nâu nhạt do nó bị ôxy hóa.

Trang 12

OH

Trang 13

Dẫn xuất

 Cresol: - Công thức phân tử : C6H4(CH3)OH.

- Công thức cấu tạo : có 3 công thức cấu tạo

 Tính chất của 3 đồng phân

Đồng phân Tỷ trọng Nhiệt độ nóng chảy Nhiệt độ sôi Tham gia phản ứng

Trang 14

• Dung môi để làm sạch các sản phẩm dầu

• Sản xuất nhựa PF

• Sản xuất thuốc nhuộm, nhựa trao đổi ion.

Trang 15

Các phương pháp sản xuất phenol

Clo hóa benzen và dẫn xuất

phenol

Công nghệ

Trang 16

Sản xuất phenol bằng cumen

• Phản ứng :

Trang 17

Điều kiện công nghệ của quá trình

 Nhiệt độ : từ 500C đến 900C.

 Áp suất : áp suất khí quyển.

 Thời gian phản ứng : khoảng 15 phút.

 Xúc tác: HCl, H2SO4, AlCl3…

 Sản phẩm chính của quá trình :

 Phenol.

 axeton

Trang 18

Các giai đoạn của quá trình

Giai đoạn oxy

hóa cumen

thành

hydroperoxit

Giai đoạn phân ly cumyl hydroperoxit

Tinh chế phenol bằng chưng cất, kết tinh.

Trang 19

Sơ đồ công nghệ sản xuất phenol từ cumen

Trang 20

Fomaldehyt và dẫn xuất

• Phân tử gam: 30,03 g/mol

• Công thức cấu tạo: CH2O

• Tỷ trọng và pha: 1 g/m3, khí

• Độ hòa tan trong nước: > 100 g/100 ml (20 °C)

• Điểm nóng chảy: -117 °C (156 K).

• Điểm sôi : -19.3ºC (253.9 K)

Trang 21

Tính chất hóa học của fomaldehyt

 Phản ứng tự phân hủy

2HCHO → CH3OH + CO

 Phản ứng oxi hóa khử

CH2O + 1/2 O2 → HCOOH

 Phản ứng giữa các phân tử fomaldehyt

2HCHO(polyme) HCOOCH3

Trang 23

Công nghệ chuyển hóa hoàn toàn metanol (công nghệ BASF)

Trang 24

Công nghệ chuyển hoá không hoàn toàn và chưng thu hồi

metanol

Trang 25

Sơ đồ sản xuất formandehyde theo phương pháp formox.

Trang 26

So sánh các nhân tố kinh tế trong quá trình sản xuất

formaldehyde

Nhà máy Nguyên liệu

Quá trình chuyển hoá hoàn toàn (quá trình

BASF)

Quá trình chuyển hoá không hoàn toàn và chương trình thu hồi

metanol

Quá trình Formox

1,176 0,32 0,05 200 74 148 1,5 2,2 1,5 211,6 3,7

1,162 1,96 135 230 26 1,85 183,9 4,0

Trang 27

Nhựa phenol-formaldehyde

Chương 1 Hóa học và cơ chế phản ứng

I Phản ứng tạo nhựa novolac và rezolic

1.1 Phản ứng tạo nhựa novolac

Nhựa Novolac là sản phẩm đa tụ giữa phenol và focmaldehyde trong môi trường axit Tỷ lệ phenol/formaldehyde >1

Cơ chế phản ứng tạo nhựa Novolac như sau:

Ion metynol sẽ tấn công vào vị trí giàu điện tử của phenol :

Trong môi trường axit các metylol phenol không bền chúng tương tác với ion H+ tạo ion metyl phenol:

Trang 28

Hoặc chúng ngưng tụ với nhau tạo thành cầu nối metylen :

Cấu trúc Novolac là những mạch thẳng có khối lượng phân tử không lớn lắm Phản ứng tổng quát như sau:

- H2O

với n=4-8

Trang 29

Xảy ra trong môi trường kiềm, cơ chế như sau :

- Ion phenolat có khả năng giải toả điện tích vào vòng benzen làm cho mật độđiện tử tại các vị trí octo và para của vòng tăng lên Các ion này sẽ phản ứngvới formandehyt theo phương trình :

1.2 Phản ứng tạo nhựa rezolic

Trang 30

Trong môi trường kiềm ion hydroxyl metylol phenol bền vững và các vị trí hoạt động còn lại của phenol tiếp tục phản ứng với formaldehyde để tạo

ra các mono, di, tri hydroxyl phenol Sự tác dụng đó xảy ra theo tốc độ giảm dần

Định hướng giữa vị trí octo và para phụ thuộc vào xúc tác đem dùng:

Trang 31

Hỗn hợp rượu phenolic này sẽ ngưng tụ tạo nhựa rezolic:

Trang 32

a Nhựa novolac

Đun nóng hỗn hợp formaldehyde và phenol lấy dư với xúc

tác axit được nhựa novolac (mạch không phân nhánh):

có thể tan trong hỗn hợp dung môi C2H5OH/CH3CHO dễ dàng

- Novolac sau khi đóng rắn có độ bền cơ rất cao, chịu nhiệt tốt, cách điện

và chịu môi trường KOH, dung môi …

- Novolac được sử dụng chủ yếu làm các sản phẩm ép dạng tectolit

Trang 33

b Nhựa rezolic

- Đun nóng hỗn hợp phenol và formaldehyde theo tỉ lệ 1:1,2 có xúc tác

là kiềm ta được nhựa rezol (mạch không phân nhánh), nhưng có một số

nhóm −CH2OH còn tự do ở vị trí số 4 hoặc 2 của nhân phenol:

- Nhựa rezolic là chất rắn, dễ nóng chảy, tan trong nhiều dung môi hữu cơ dùng để sản xuất sơn, keo và nhựa rezit…

- Nhựa rezolic là nhựa mạch nhanh, tồn tại ở dạng nhớt, có màu từ vàng sang đến nâu tùy thuộc vào lượng dư phenol có trong nhựa

- Sau khi đó rắng nhựa rezolic có tính chất tương tự nhựa novolac đóng rắn

- Rezolic được bảo quản tốt nhất ở dạng dung dịch Rezolic tan trong nước thì đượcbảo quản ở dạng dung dịch 50% trong H2O Rezolic tan trong cồn thì được bảoquản ở dạng dung dịch 50% trong cồn Trường hợp nhiệt độ bảo quản lớn hơn30ºC, sản phẩm còn dư phenol và formaldehyde, khi tiếp xúc với không khíformaldehyde dễ chuyển hóa thành axit formic

- Rezolic trong môi trường axit hoặc là trong dung dịch có nhiệt độ lớn hơn 100ºC

dễ xảy ra phản ứng đa tụ sâu, tách formaldehyde và chuyển dần sang rezitol hoặc rezit cấu trúc mạng không gian

Trang 34

3 Điều kiện công nghệ

a Sản xuất nhựa novolac

• Điều kiện tạo nhựa :

– Phenol có 2 hoặc 3 vị trí hoạt động.

– Tỉ lệ Phenol/Formaldehyt >1 ( dư phenol).

– Môi trường phản ứng là môi trường axit.

• Xúc tác: axit HCl, H2SO4, axit focmic, axit oxalic.

• Tỷ lệ cấu tử: Thừa phenol, tỉ lệ P/F : 6:5 hay 7:6.

• Điều kiện sấy và đa tụ :

– Tách nước, tách các cấu tử không phản ứng.

– Làm cho phản ứng tiến hành sâu hơn ở nhiệt độ cao.

Trang 35

b Sản xuất nhựa Rezolic

• Điều kiện tạo nhựa

Trang 36

•Tỷ lệ cấu tử :

Tỷ lệ phenol/

formaldeyhyde

Hiệu suất của nhựa so với phenol (%)

Nhiệt độ nhỏ giọt theo Ubenlop (ºC)

Tốc độ đóng rắn ở 150ºC(giây)

Độ nhớt dung dịch rượu 50%

epoiz

Hàm lượng phenol

tự do (%)

Trang 37

Sơ đồ sản xuất nhựa novolac theo phương pháp gián

đoạn

1, 2, 3, 4, 5, 9, 13 Các thùng đựng nguyên liệu 6 Máy lọc

7 Nồi phản ứng trùng ngưng và sấy 8 Thùng cao vị

10 Thiết bị hòa tan axit oxalic 11 Thiết bị làm nóng chảy axit oleic

12 Thùng cao vị của axits oleic 14 Thiết bị sinh hàn ống chùm

15 Thùng chứa nước ngưng tụ 16 Trống làm nguội.

Trang 38

Ưu điểm, nhược điểm.

• Ưu điểm

– Hệ thống thiết bị đơn giản.

– Hiệu suất cao.

– Chi phí kinh tế hơn.

• Nhược điểm

– Năng suất không cao.

– Độ đồng đều của sản phẩm kém.

Trang 39

Tài liệu tham khảo

• Ullman VolA.19 Phenolic Reins

• Plastics materials

• Tổng quan vật liệu chất dẻo, Sách dịch của Đại học BKHN

• Giáo trình hóa hữu cơ Nguyễn Công Xinh, Nguyễn Thị Thanh, Võ ĐàoThắng, Dương Văn Tuệ, NXB BKHN 1998

• Công nghệ tổng hợp hữu cơ hóa dầu Phạm Thanh Huyền, Nguyễn HồngLiên NXB khoa học kỹ thuật Hà Nội

• Giáo trình hóa học chất dẻo NXB BKHN

• Đỗ Văn Chín Tổng hợp chất xúc tác oxit Fe-Mo để oxy hóa metanol thànhformaldehit và nghiên cứu biến đổi hoạt tính xúc tác của hệ Luận án PTS.,

Hà Nội, 1986

• Vũ Thế Trí Nghiên cứu công nghệ sản xuất và ứng dụng formalin ở ViệtNam Luận án PTS Viện hóa công nghiệp Hà Nội , 1995

Trang 40