Tìm hiểu quy trình công nghệ sản xuất Las

Hình 1.1: Tác dụng của chất hoạt động bề mặt - Mỗi phân tử của chất hoạt động bề mặt có một đầu ái nước tan trong nước, là đầu bị các phân tử nước hút và một đầu không ưa nước không ta

LỜI MỞ ĐẦU

Đã từ lâu, trong số những nhu cầu sinh hoạt hàng ngày, xà phòng và các chất

tẩy rửa tổng hợp thuộc loại không thể thiếu Chẳng những thế nhóm sản phẩmnày còn được sử dụng càng nhiều trong các ngành khác của nền kinh tế quốc dân

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều mặt hàng bột giặt (omo, fix, viso…), nước rửa chén ( sunlight , Mỹ hảo …) và xà bông tắm ( safeguard, Lifeboy, dove, X men…) Mỗi nhà sản sản xuất có những công thức phối chế khác nhau, nhưng đều trên nguyên tắc cơ bản về thành phần của chất tẩy rửa

Các thành phần có trong chúng là: chất hoạt đông bề mặt (CHĐBM), các tác nhân làm mềm nước, tác nhân tạo môi trường bazơ, chất chống bám, chất làmtăng bọt, chất làm mềm vải, chất tạo hương, chất xúc tác sinh học Trong đó CHĐBM là thành phần không thể thiếu, trong đó Las là loại được sử dụng khá phổ biến ở nước ta hiện nay nhờ vào hoạt tính tẩy rửa và yếu tố kinh tế của nó

Trong bài tiểu luận này nhóm em trình bày sơ lược về chất hoạt động bề mặt anionic là las cũng như đặc điểm, đặc tính và quy trình sản xuất las trong phòng thí nghiệm cũng như trong công nghiệp hiện nay Vì vậy nhóm em xin lấy tên đề tài là : “Tìm hiểu quy trình công nghệ sản xuất Las”

Trong quá trình hoàn thành bài tiểu luận không thể tránh khỏi thiếu sót, rất mong nhận được ý kiến đóng góp từ thầy cô và các bạn để bài tiểu luận được hoàn chỉnh Xin chân thành cảm ơn

Sinh viên thực hiện

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

Phần đánh giá • Ý thức thực hiện • Nội dung thực hiện • Hình thức trình bày • Tổng hợp kết quả Điểm bằng số: Điểm bằng chữ:

Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2011

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT VÀ LAS

1.1 Giới thiệu về chất hoạt động bề mặt 5

1.1.1 Định nghĩa 5

1.1.2 Đặc điểm 6

1.1.3 Cấu tạo 6

1.1.4 Phân loại 7

1.2 Chất hoạt động bề mặt LAS 11

1.3 Vai trò của LAS trong công nghiệp tẩy rửa hiện nay 14

1.4 LAS và một số phương pháp điều chế 15

1.5 Tính chất của chất la ,chất hoạt động bề mặt anionic 15

CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH SẢN XUẤT L 16

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG …… 16

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 18

TÀI LIỆU THAM KHẢO 22

PHỤ LỤC 23

DANH MỤC BẢNG

No table of contents entries found.

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Tác dụng của chất hoạt động bề mặt 5

Hình 1.2: Dạng phân tử của chất hoạt động bề mặt 5

Hình 1.3: Sản phẩm Micelle 6

Hình 1.4: Hệ nhũ tương nước trong dầu và dầu trong nước … 7

Hình 1.5: Công thức của alkyl sulphate 8

Hình 1.6: Cấu tạo phân tử của chất Esterquats 9

Hình 1.7: Cấu tạo phân tử của hệ mono alkyl bậc 4 9

Hình 1.8: Cấu tạo phân tử của alkyl betaine 10

Hình 1.9: Cấu tạo phân tử của chất hoạt động bề mặt không mang điện tích 11 Hình 1.10: Công thức cấu tạo phân tử của LAS 12

Hình 1.11: Công thức cấu tạo của chất tẩy rửa 13

Hình 1.12: Tính chất hóa học của LAS 13

Hình 1.13: Phần trăm các loại chất hoạt động bề mặt tiêu thụ 14

Hình 1.14: Trữ lượng chất hoạt động bề mặt tiêu thụ trên thế giới 14

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT VÀO LAS

1.1 Giới thiệu về chất hoạt động bề mặt

1.1.1 Định nghĩa

Chất hoạt động bề mặt (Surfactant):

- Là một chất làm ướt có tác dụng làm giảm sức căng bề mặt của một chất lỏng

- Là chất tẩy rửa khi tan trong nước nó có khả năng loại bỏ các chất bẩn khỏi

bề mặt đối tượng cần làm sạch như da người, sản phẩm dệt và các chất rắn khác

Hình 1.1: Tác dụng của chất hoạt động bề mặt

- Mỗi phân tử của chất hoạt động bề mặt có một đầu ái nước (tan trong

nước), là đầu bị các phân tử nước hút và một đầu không ưa nước (không tan trong nước), đầu này đồng thời vừa đẩy nước vừa hút vào các chất dầu mỡ hay chất bẩn Khi các lực ngược nhau sẽ kéo hẳn các chất bẩn ra khỏi bề mặt cần làm sạch, làm chúng bị treo lơ lửng trong nước

Hình 1.2: Dạng phân tử của chất hoạt động bề mặt.

1.1.2 Đặc điểm

Chất hoạt hóa bề mặt được dùng để làm giảm sức căng bề mặt của một chất lỏng Nếu có nhiều hơn hai chất lỏng không tan thì chất hoạt hóa bề mặt làm tăng diện tích tiếp xúc giữa hai chất lỏng đó

Khi hòa chất hoạt động bề mặt vào trong một chất lỏng thì các phân tử của chất hoạt hóa bề mặt có xu hướng tạo đám (micelle, còn gọi là mixen) Nồng

độ mà tại đó các phân tử bắt đầu tạo đám được gọi là nồng độ tạo đám tới hạn

Nếu chất lỏng là nước thì các phân tử sẽ liên kết các đuôi kị nước lại với nhau

và quay đầu ưa nước ra tạo nên những hình dạng khác nhau như hình cầu (0 chiều), hình trụ (1 chiều), màng (2 chiều)

Tính ưa và kị nước của một chất hoạt hóa bề mặt được đặc trƣng bởi một thông số là độ cân bằng ưa kị nước (Hydrophilic Lipophilic Balance - HLB), giá trị này có thể từ 0 - 40 HLB càng cao thì hóa chất càng dễ hòa tan trong nước, HLB càng thấp thì hóa chất càng dễ hòa tan trong các dung môi không phân cực như dầu

Hình 1.3: Sản phẩm Micelle.

1.1.3 Cấu tạo

Phân tử gồm 2 phần: phần thân dầu (gốc hydrocacbon R) và phần thân nước (các nhóm phân cực: -SO3H, -COOH, -OH, R-NH2)

Hình 1.4: Hệ nhũ tương nước trong dầu và dầu trong nước.

Khi gốc R tăng, hoạt tính bề mặt tăng (R~ 10-180C) Cùng R thì -SO3H > COOH > OH phenol > OH alcol Tương quan giữa 2 phần thân dầu - thân nước biểu thị bằng chỉ số HLB Công thức tính HLB:

HLB =∑ = (chỉ số nhóm thân nước) -∑ = (chỉ số nhóm thân dầu) + 7

Ý nghĩa của HLB: giúp chọn lĩnh vực sử dụng chất hoạt động bề mặt

 Chất hoạt động bề mặt mang điện tích âm (Anionic surfactants)

Có khả năng hoạt động bề mặt mạnh nhất so với các loại khác, làm tác động tẩy rửa chính trong khi phối liệu Khả năng lấy dầu cao, tạo bọt to nhưng kémbền Bị thụ động hóa (mất khả năng tẩy rửa trong nước cứng, nước cứng tạm thời, các ion kim loại nặng như: Fe3+, Cu2+…) Các chất hoạt động bề mặt mang điện tích âm được sử dụng phổ biến nhất là các alkyl sulphate

Hình 1.5: Công thức của alkyl sulphate.

Chia làm 2 loại chính:

• Nguồn gốc từ thiên nhiên: đó chính là sản phẩm từ phản ứng xà phòng hóa của các este axit béo với glyxerin (dầu cọ, dầu dừa, dầu nành, dầu lạc, dầu cao su…mỡ heo, mỡ bò, mỡ cừu, mỡ cá voi…)

• Nguồn gốc từ dầu mỏ: thông qua phản ứng ankyl hóa, sunfo hóa các dẫn xuất ankyl, ankylbenzen sunfonic…

 Chất hoạt động bề mặt mang điện tích dương (Cationic

surfactants)

Khả năng hoạt động bề mặt không cao, độ phân giải sinh học kém, có nhóm áinước là các ion dương Rất êm dịu với da, tẩy dầu ít, không dùng với mục đích tạo bọt Làm bền bọt và tạo nhũ tốt…Ứng dụng chính của nó trong giặt dân dụng là chất làm mềm vải cho lần xả cuối, được sử dụng nhiều nhất là chất Esterquats

Hình 1.6: Cấu tạo phân tử của chất Esterquats.

Hiện nay, người ta dùng clorua ditearyl diamin amoni bậc 4 vì khả năng phân giải sinh học tốt hơn và giảm khả năng gây dị ứng khi sử dụng Hầu hết các chất tẩy rửa là chất dẫn xuất của ammonium, nó còn có thêm tính năng sát trùng, là tính năng đặc biệt có ích cho bệnh viện

Hình 1.7: Cấu tạo phân tử của hệ mono alkyl bậc 4.

Có khả năng phân hủy sinh học, lượng dùng thường từ 0.2% - 1% trong các sản phẩm tẩy rửa

Trong nhóm các chất hoạt động lưỡng tính hiện nay, các dẫn xuất từ betain được sử dụng rộng rãi nhất Chúng gồm các nhóm chính sau: ankylamino propyl betain.

Khi R là gốc lauryl thì có tính tẩy rửa rất tốt, khả năng tạo bọt mạnh, êm dịu

và không làm khô da…thường được phối trong dầu gội, sữa tắm, nước rửa chén…có tên gọi là cocoamino propyl betain (CAPB)

Hình 1.8: Cấu tạo phân tử của alkyl betaine.

 Chất hoạt động bề mặt không mang điện tích (Non-ionic

Hiện nay để tổng hợp chúng, phương pháp được dùng phổ biến nhất là quá trình etoxy hóa từ rượu béo với oxyt etylen, công thức: R-O-(CH2-CH2-O-)nH Các rượu béo này có nguồn gốc thiên nhiên như dầu thực vật, mỡ động vật thông qua phản ứng H2 hóa các axit béo tương ứng

Hoặc bằng con đường từ rượu tổng hợp: cho olefin-1 phản ứng với H2SO4 rồithủy phân, thu được rượu bậc 2 Trong thương mại, loại này còn có tên gọi: tecitol 15-s-7, union caride 15-s-9…

Chất hoạt động bề mặt nonionic (NI) đƣợc phân loại thành các dạng cơ bản sau: Copolimer có công thức chung: HO-(OE)n-(OP)m-(OE)n-H, hoặc HO-(OP)n-(OE)m-(EP)n-H Tỷ số PO/OE có thể thay đổi: 4 - 1 hoặc 9 - 1

Trọng lượng phân tử thấp nhất: 2000 đvc, thông dụng nhất hiện nay loại n = 2

và m = 30, chúng tạo bọt kém nên dùng phổ biến trong các sản phẩm tẩy rửa chuyên dùng cho máy: máy rửa chén, máy giặt, không gây hại cho môi

trường, độc tính yếu

Ứng dụng phổ biến nhất của các chất hoạt động bề mặt không chứa điện tích

là các ete của các rượu béo

Hình 1.9: Cấu tạo phân tử của chất hoạt động bề mặt không mang điện tích.

1.2 Chất hoạt động bề mặt LAS

LAS là tên viết tắt của linear alkylbenzene sulphonate, là một chất hoạt động

bề mặt được sử dụng trong chất tẩy rửa

Hình 1.10: Công thức cấu tạo phân tử của LAS.

LAS là chất hoạt động bề mặt thuộc nhóm anionic, với các phân tử đặc trưng của một đầu kị nước và một đầu ưa nước

LAS là hỗn hợp phức tạp của các đồng đẳng có độ dài chuỗi khác nhau alkyl

từ C10 đến C13 hoặc C14, và đồng phân vị trí phenyl từ 2 đến 5-phenyl theo

tỷ lệ hay điều kiện phản ứng, mỗi phản ứng có chứa một vòng thơm sunfonat hóa tại vị trí đoạn và gắn liền với một chuỗi alkyl tuyến tính ở bất kỳ vị trí vớingoại lệ của một thiết bị đầu cuối (1- phenyl)

Các đặc tính của LAS khác nhau về tính chất vật lý và hóa học theo chiều dài chuỗi alkyl, nên công thức các ứng dụng sẽ khác nhau Các chất bắt đầu từ LAB (tuyến tính ankylbenzene) là sản phẩm của phản ứng alkyl hóa benzene với n-parafin với sự có mặt của hydro florua (HF) hoặc clorua nhôm (AlCl3) như là chất xúc tác

LAS được sản xuất bởi các sulfonation của LAB với tinh dầu trong lò phản ứng hàng loạt Sulfonation khác thay thế thuốc thử là sulfuric acid, lưu huỳnhtrioxit pha loãng, acid và acid chlorosulfonic sulfacmic phim trên lò phản ứnggiảm LAS sau đó sẽ vô hiệu hóa các muối mong muốn (natri, amoni, caxi, kali…)

LAS là chất hoạt động bề mặt được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, axit sulfonic alkybenzene tuyến tính chủ yếu dùng để sản xuất chất tẩy rửa trong gia đình như: bột giặt, nước giặt, nước rửa chén, chất tẩy rửa gia dụng khác…nó như là một chất nhũ hóa cho các chất diệt cỏ nông nghiệp

và trùng hợp nhũ tương Trên toàn thế giới có khoảng 99% của sản xuất LABđược chuyển đổi thành LAS qua một quá trình sulfonatrion Là thành phần trong chất tẩy rửa bề mặt, hầu hết LAS được sử dụng như một dẫn xuất natri.Đối với một số ứng dụng đặc biệt các dẫn xuất khác cũng được sản xuất

Ưu điểm vượt trội của LAS là nó có thể được sử dụng cùng với tất cả các loại nguyên liệu chất tẩy rửa, vì khả năng tương thích cao của nó Cả hai HLAS (Linear Alkylbenzene Sulphonic Acid) và LAS đều được đánh giá cao, về hóa chất ổn định, lưu trữ, và vận chuyển Linear Alkylbenzene và sulfonate alkybenzene tuyến tính, hoàn toàn phân hủy sinh học và không tích lũy trong môi trường.

Ở trạng thái vật lý LAS là chất lỏng có màu nâu, điểm nóng chảy: 100C, điểmsôi: 3150C, trong điều kiện bình thường có độ ổn định

1.3 Vai trò của LAS trong công nghiệp tẩy rửa hiện nay

LAS chiếm khoảng 27% trên thị trường tiêu thụ các chất hoạt động bề mặt trên thế giới Theo nghiên cứu được thực hiện bởi các nhà khoa học, đã chứng minh LAS an toàn với môi trường Hơn 80% LAS được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực sản xuất bột giặt, hay chất tẩy rửa dùng trong gia đình

Do LAS có bề mặt anion linh hoạt, nên được sử dụng trong cả hai công thức mang tính axit và kiềm, cũng như trong chất tẩy rửa dạng lỏng và dạng bột

Hình 1.13: Phần trăm các loại chất hoạt động bề mặt tiêu thụ

Hình 1.14: Trữ lượng chất hoạt động bề mặt tiêu thụ trên thế giới

1.4 LAS và một số phương pháp điều chế "Linear ankyl benzen sunphonic

acid", tên chính xác của nĩ là "Linear ankylbenzene sulfonic acid" đĩ bạn,

"Linear" ở đây cĩ nghĩa là mạch thẳng, trong chương trình phổ thơng bạn đã được học phương trình phản ứng điều chế nĩ rồi, trong bài benzen - tính chấthĩa học - phản ứng thế ấy : cho benzen tác dụng với acid sunfuric đặc nĩng

(khoảng 170-180 độ C) C6H6 + HO-SO3 -> C6H5-SO3H + H2O 1.5 Tính chất của chất là chất hoạt động bề mặt anionic

Các chất hoạt động bề mặt truyền thống như LAS, LES dùng trong lĩnh vực tẩy rửa là các anionic surfactants, chúng đi kèm với tính chất tạo bọt do đĩ người hay gọi là chất tạo bọt Trong lĩnh vực hoạt động bề mặt người ta thường gọi tên theo cơng dụng vd defoamer - chất phá bọt, OW emulsifier -

chất nhũ hoá dầu trong nước, WO emulsifier - chất nhũ hoá nước trong dầu, wetting agents (hoặc penetrating agents) - chất thấm ướt, Bạn nên làm quen với các ethoxylates , chúng là các nonionic surfactants vd, nonyl

ethoxylate, octyl ethoxylate, linear alkyl ethoxylate, PEO, polysorbate, tùy theo mức độ ethoxylation (bao nhieu mol ethylene oxide cho 1 mol

surfactant) ta sẽ có họ chất với độ dài của dãy polyether khác nhau => tính HLB sẽ có trị số từ 1 đến 20 HLB : 1-3 phá bọt HLB : 4-9 nhũ nước trong dầu HLB : 9-11 wetting agents HLB : 11-15 nhũ dầu trong nước HLB > 15 chất khuếch tán16

CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH SẢN XUẤT LAS

LAB Purification & Fractionation ( Quá trình chưng cất và làm sạch )

LAB ( Sunfua hóa bằng SO3 )

Kerosene Feed Hydrotreating ( Xử lý Hydro để tách tạp chất )

NaOH

HLAS ( Sulphonic Acid )

Benzene

Neutralization HLAS ( Quá trình trung hòa bằng NaOH )

Kerosene ( Dầu hỏa thô )

2.1.2 Thuyết minh quy trình sản xuất : Dầu hỏa thô ( Kerosene ) được đưa qua

công đoạn xử lý Hydrotreating ( dùng xúc tác Co, Mo… ) để tách tạp chất gồm cáckim loại nặng như vadium, niken, sắt… Sau khi tách tạp chất xong sản phẩm thu được là các paraffin mạch thẳng Các paraffin mạch thẳng này được đưa qua côngđoạn tiếp theo để thực hiện quá trình Dehydro hóa ( Dehydrogenation ) và tạo thành các mono olefin Sau đó các mono olefin này được đưa vào thiết bị alkyl hóa với lớp xúc tác rắn cố định Các paraffin không tham gia phản ứng được hoàn lưu trở lại công đoạn Dehyro hóa Sản phẩm chính của quá trình alkyl hóa là alkylate mạch thẳng và sản phẩm phụ là một lượng nhỏ alkylate có khối lượng phân tử lớn được hình thành từ quá trình alkyl hóa olefin Loại sản phẩm phụ này cũng có thể được thu hồi và sử dụng làm chất tẩy rửa đặc biệt cho công nghiệp dầubôi trơn Hỗn hợp phản ứng thu được gồm : n-olefin, bezene, paraffin được đưa qua công đoạn chưng cất phân đoạn để tách riêng từng cấu tử dựa vào độ bay hơi

khác nhau Sau đĩ làm sạch bằng phương pháp lắng ta thu được LAB ( Linear Alkylbenzene ) Các alkylate mạch thẳng ( LAB ) được chuyển sang cơng đoạn sunfua hĩa bằng SO3 để tạo thành sunphonic acid ( HLAS ) Sau đĩ HLAS được đưa qua hệ thống trung hịa bằng dung dịch NaOH Cuối cùng sản phẩm thu được

là LAS ( Linear Alkylbenzene Sulfonate )

CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG CỦA LAS 3.1 Bột Giặt : Công dụng: Là chất

tạo bọt trong ngành cơng nghiệp sản xuất chất tẩy rửa như bột giặt, kem giặt, nướcrửa chén, nước rửa xe Thành phần:

Linear Alkyl Benzene Sulfonic Acid, Proteaza, Sodium carbonate, Zeolite,

Tripolyphosphate, Chất tạo hương - Phù với giặt tay và máy giặt cửa trên, bí quyết để tẩy vết bẩn cứng đầu - Tide hoa cỏ mùa xuân cĩ hương mùi thơm dịu mát

và lưu lại lâu trên quần áo sau khi giặt - Tide làm hồi sinh và giữ quần áo trắng

sạch nhất theo tiêu chuẩn Mỹ

Hướng dẫn sử dụng:

Giặt bằng máy: Dùng 2 muỗng bột giặt TIDE cho mỗi lần giặt cĩ thể điều chỉnh tùy theo lượng và độ bẩn của quần áo Chọn chế độ giặt thích 19