ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GIAO SV LỚP CDVHT14A1 D Thiết kế phân xưởng sản xuất vynyl axetat MỞ ĐẦU Cơng nghệ dầu khí hố dầu ngành cơng nghiệp quan trọng định đến lớn mạnh kinh tế giới sản phẩm dễ sử dụng, dễ tự động hố, khơng có tro xỉ Ngày có khoảng 70% nguồn lượng giới sử dụng sản phẩm ngành cơng nghiệp dầu khí Xét mặt giá trị kinh tế giá tri sử dụng, sản phẩm phi lượng từ dầu mỏ có giá trị cao độ tinh khiết cao, giá thành thấp so với nguyên liệu khác Điều khẳng định khoảng 90% nguyên liệu ngành cơng nghiệp hố học từ nguồn dầu khí Trước dầu mỏ công nhận nguồn nguyên liệu ngành cơng nghiệp hóa chất, vinylaxetat có phần vượt trội việc xây dựng nên khối công nghiệp hữu Còn ngày với phát triển cơng nghệ hóa dầu so với lọc dầu, axetylen trở thành nguyên liệu quan trọng ngành cơng nghiệp hóa học, với số liệu sau: mức sản xuất vinylaxetat Mỹ 1960 500.000 gấp 2,5 lần so với năm 1954 Ở Nhật năm 1958 1004 nghìn , năm 1960 1133 nghìn Ngồi Pháp, Ý, Liên Xơ cũ, Đức công nghiệp vinylaxetat phát triển mạnh Năm 1957 Tây Đức sản xuất 185 nghìn vinylaxetat Ở nước ta có nhiều than đá cơng nghiệp sản xuất phải từ đường cacbuacanxi, công nghiệp vinylaxetat phát triển mở triển triển vọng to lớn cho ngành công nghiệp nước ta Việc tạo q trình cơng nghệ dựa ngun liệu rẻ hay dễ kiếm thường nhờ phát minh phản ứng gây nên ảnh hưởng có tính cách mạng phát triển cơng nghệ Vinyl hoaslaf q trình quan trọng cơng nghệ tổng hợp chất trung gian phục vụ cho việc tổng hợp sản phẩm hưu cuối Vinyl axetat(VA) monome quan trọng để chế chất dẻo sợi tổng hợp,làm chất nhũ hóa chất tăng dộ nhớt hco dung dịch Phước –Giang Page nước hay làm vải giả da Ngồi cịn ứng dụng việc sản xuất sơn keo dán có độ bền cao Nghành cơng nghiệp tổng hợp hóa dầu chế biến khí giới phát triển mạnh mẽ để đáp ứng nhu cầu đời sống xã hội ngày cao có nhiều phương pháp tổng hợp VA tìm ứng dụng Sản xuất VA chủ yếu từ nguồn nguyên liệu sau - Đi từ axetylen axit axetic - Đi từ etylen - Đi từ số nguyên liệu khác Ở Việt Nam từ nguồn nguyên liệu dồi than đá,dầu mỏ,khí tự nhiên nhà máy lọc hóa dầu ,chế biến khí xây dựng phát triển nguồn nguyên liệu dồi cho ngành công nghiệp tổng hợp hữu phát triển có ngành cơng nghiệp sản xuất VA I TÍNH CHẤT VẬT LÝ VÀ HĨA HỌC CỦA AXETYLEN I Tính chất vật lý hóa học axetylen 1.Tính chất vật lý: Axetilen chất khí, khơng màu, khơng mùi, tan nước,nhẹ khơng khí(d=26/29) Axetilen có cơng thức cấu tạo: H-C≡C-H, viết gọn HC≡CH Từ công thức cấu tạo axetilen ta thấy: hai ngun tử cacbon có ba liên kết, cịn gọi liên kết ba Trong lên kết ba có hai liên kết bền, dễ đứt phản ứng hóa học 2.Tính chất hóa học *Phản ứng oxi hóa(cháy) Axetilen hidrocacbon, đốt, axetilen cháy tạo CO nước(H2O), tương tự Metan etile axetilen cháy khơng khí với lửa sáng, 3000 °C 2C2H2 + 5O2 ——t⁰—> 4CO2 + 2H2O *Phản ứng cộng Do Axetilen phân tư có liên kết pi nên tham gia phản ứng cộng (giống ankin) 2.1: cộng halogen, cộng hidro halogen (HX, cộng hidro: Axetilen làm màu dung dịch Brom giống etilen Phước –Giang Page CH≡CH+ Br−Br——> Br−CH=CH-Br Br-CH=CH-Br+ Br-Br——>Br2CH-CHBr2 2.2.Cộng cation Ag+ AgNO3 /NH3 Các anken có liên kết ≡ đầu mạch axetilen (anken-1-en) đểu có phản ứng cộng ion Ag+ tạo kết tủa vàng (không phải phản ứng tráng gương) (phân biệt anken-1-en vs ankin anken khác CH≡CH + AgNO3 + NH3 + H2O →Ag-CH=CH-Ag↓ + Nh4NO3 *Phản ứng trùng hợp Tương tự ankin anken có liên kết pi nên tham gia phản ứng trùng hợp tạo polyme nCH≡CH -t0C, xt> (CH=CH)n Điều chế axetylen: Axetilen điều chế cách cho canxi cacbua (thành phần đất đèn) phản ứng với nước: CaC2 (đất đèn) + 2H2O ——> C2H2 + Ca(OH)2 II TÍNH CHẤT VẬT LÝ VÀ HĨA HỌC CỦA AXIT AXETIC: Tính chất vật lý: • Khơng màu • Mùi chua giấm • Tan tốt nước với tỷ lệ Tính chất hóa học: Axit Axetic Axit Axetic có cơng thức phân tử : CH3COOH Có đầy đủ tính chất hợp chất mang nhóm cacboxyl(−COOH) phân tử Các phản ứng tạo monomer cho tổng hợp polyme Muối axit Axetic có nhiều ứng dụng lớn : kẽm axetat, đồng axetat làm hợp chất màu; sắt axetat, natri axetat, làm xúc tác cho trình hợp hữu Axit axetic axit yếu, yêu axit HCl, H 2SO4, HNO3, H2SO3 mạnh axit cacbonic H2CO3 Axit axetic có đầy đủ tính chất axit - Dung dịch axit axetic làm quỳ tím đổi màu thành đỏ - Tác dụng với oxit bazơ, bazơ tạo thành muối nước CH3COOH + NaOH -> H2O + CH3COONa (Natri axetat) CH3COOH + CaO -> H2O + (CH3COO)2Ca Phước –Giang Page - Tác dụng với kim loại (trước H) giải phóng H 2: 2CH3COOH + 2Na - > 2CH3COONa + H2 - Tác dụng với muối axit yếu 2CH3COOH + CaCO3 -> (CH3COO)2Ca + CO2 + H2O - Tác dụng với rượu tạo este nước : CH3COOH + HO-C2H5 CH3COC2H5 + H2O 3.Các phương pháp điều chế Axit axetic sản xuất theo hai phương pháp sinh học tổng hợp Ngày nay, lượng axit sản xuất theo phương pháp sinh học chiếm khoảng 10% sản lượng giới, phương pháp quan trọng dùng để sản xuất giấm, theo luật độ tinh khiết thực phẩm số quốc gia quy định giấm sử dụng thực phẩm phải có nguồn gốc từ sinh học Khoảng 75% axit axetic sản xuất công nghiệp dùng để sản xuất theo phương pháp cacbonyl hóa metanol Khoảng 15% cịn lại sản xuất từ phương pháp thay khác.[9] Tổng sản lượng axit axetic giấm ước tính khoảng triệu tấn/năm, khoảng nửa số sản xuất Hoa Kỳ Sản lượng châu Âu khoảng triệu tấn/năm giảm, Nhật Bản sản xuất khoảng 0,7 triệu tấn/năm Khoảng 1,5 triệu tái chế hàng năm, nâng tổng sản lượng thị trướng giới lên 6,5 triệu tấn/năm.Hai nhà sản xuất axit axetic giấm lớn Celanese Công ty hóa BP Các nhà sản xuất lớn khác Millennium Chemicals, Sterling Chemicals, Samsung, Eastman, Svensk Etanolkemi 3.Các phương pháp điều chế Cacbonyl hóa metanol Hầu hết axit axetic giấm sản xuất phương pháp cacbonyl hóa metanol Trong quy trình này,meltanol cacbon monoxit phản ứng với tạo axit aextic theo phương trình: CH3OH + CO → CH3COOH Quá trình liên quan đến chất trung gian iodometan, diễn theo bước Chất xúc tác, thường phức chất kim loại, dùng bước 2 CH3OH + HI → CH3I + H2O CH3I + CO → CH3COI CH3COI + H2O → CH3COOH + HI Phước –Giang Page Bằng cách theo điều kiện phản ứng, anhydrit axetic tạo từ vật liệu Bởi metanol cacbon monoxit hàng hóa nguyên liệu, cacbonyl hóa metanol thời gian dài phương pháp sản xuất axit axetic ưa chuộng Henry Drefyus British Celanese xây dựng nhà máy sản xuất theo phương pháp vào năm 1925.[12] Tuy nhiên thiếu vật liệu chứa hợp chất gây ăn mòn áp suất cao (khoảng 200 atm hơn) khơng khuyến khích thương mại hóa phương pháp Phương pháp cacbonyl hóa metanol thương mại đầu tiên, sử dụng chất xúc tác coban, công ty hóa chất Đức BASF phát triển năm 1963 Năm 1968, chất xúc tác gốc rhodi (cis− [Rh(CO)2I2]−) phát vận hành cách hiệu phả áp suất thấp mà khơng có sản phẩm phụ Nhà máy cử dụng chất xúc tác cơng ty hóa chất Hoa Kỳ Monsanto xây dựng năm 1970, cacbonyl hóa metanol với xúc tác rhodi trở thành phương pháp phổ biến dùng để sản xuất (xem công nghệ Monsanto) Vào cuối thập niên 1990, Cơng ty hóa chất BP thương mại hóa chất xúc tác Cativa ([Ir(CO)2I2]−), chết từ rutheni Công nghệ Cativa dùng chất xúc tác iridi hiệu hơn[13] thay phần lớn công nghệ Monsanto, thường dùng nhà máy sản xuất Oxy hóa axetaldehyt Trước thương mại hóa cơng nghệ Monsanto, hầu hết axit aextic sản xuất cách oxy hóa axetaldehyt Phương pháp phương pháp quaan trọng thứ hai sử dụng khơng thể cạnh tranh với phương pháp carbonyl hóa metanol Axetaldehytcó thể sản xuất cách oxy hóa butan naphtha nhẹ, hydrat hóa etylen Khi butan naphtha nhẹ nung khơng khí có mặt ion kim loại khác mangan, coban, crơm, peroxit sau phân hủy tạo axit axetic theo phương trình phản ứng: C4H10 + O2 → CH3COOH + H2O Phản ứng đặc trưng kết hợp nhiệt độ áp suất chỉnh sau cho đủ nóng để giữ butan dạng lỏng Các điều kiện phản ứng đặc trưng 150 °C 55atm Các sản phẩm phụ tạo ra, butanon, etyl axetat, axit formic, axit propionic Các sản phẩm có giá trị thương mại, điều kiện phản ứng thay để tạo số lượng sản phẩm nhiều Tuy nhiên, việc phân tách axit axetic khỏi hỗn hợp làm cho phương pháp tốn Cùng điều kiện sử dụng chất xúc tác tương tự việc oxy hóa butan, axetaldehyt bị oxy hóa oxy khơng khí tạo axit axetic: Phước –Giang Page CH3CHO + O2 → CH3COOH Sử dụng chất xúc tác đại, phản ứng tạo axit axetic 95% Các sản phẩm phụ etyl axetat, axit formic, formaldehyt có điểm sơi thấp axit axetic nên dễ tách chúng cách chưng cất Oxy hóa etylen Axetaldehyt điều chế từ etylen theo phản ứng Wacker, sau oxy hóa nên bên Trong thời gian gần đây, việc chuyển đổi etylen thành axit axetic qua theo bước, chi phí rẻ cơng ty Showa Denko thương mại hóa, cơng ty xây dựng nhà máy oxy hóa etylen Ōita, Nhật Bản năm 1997.[15] Quá trình sử dụng chất xúc tác kim loại palladi với hỗ trợ axit heteropoly axit tungstosilicic Nó xem phương pháp cạnh tranh với phương pháp carbonyl hóa metanol nhà máy nhỏ (100–250 ngàn tấn/năm), tùy thuộc vào giá địa phương etylen Lên men oxy hóa Trong lịch sử nhân loại, axit axetic, dạng giấm, tạo từ vi khuẩn axit axetic thuộc chi Acetobacter Khi cung cấp đủ oxy, vi khuẩn tạo giấm từ thực phẩm sinh cồn khác Các loại sử dụng rượu táo, rượu vang, loại ngũ cốc, gạo, mạch nha khoai tây lên men Phản ứng hóa học chung vi khuẩn thực là: C2H5OH + O2 → CH3COOH + H2O Dung dịch rượu loãng trộn với Acetobacter giữ nơi thống khí, ấm tạo giấm vịng vài tháng Các phương pháp sản xuất giấm công nghiệp, người ta tăng tốc độ phản ứng cách cung cấp nhiều oxy cho vi khuẩn Các lô giấm sản xuất phương pháp lên men lỗi trình làm rượu vang Nếu hèm rượu nho lên men nhiệt độ cao, acetobacter phát triển lấn án nấm men có mặt tự nhiên nho Vì nhu cầu giấm cho mục đích ẩm thực, y tế, vệ sinh gia tăng, người bán rượu nho học nhanh chóng cách sử dụng vật liệu vô khác để sản xuất giấm tháng hè nóng trước nho sẵn sàng để sản xuất rượu vang Phương pháp chậm, nhiên, lúc thành công, người bán rượu không hiểu q trình Một cơng nghệ thương mại đại "phương pháp nhanh" "phương pháp Đức", ứng dụng Đức năm 1823 Trong phương pháp này, trình lên men diễn tháp bọc gỗ bào than Các chất cung cấp cồn cung cấp từ đỉnh tháp, khơng khí cung cấp từ lên thơng khí tự nhiên bơn đối lưu Việc cung cấp khơng khí cải thiên q trình làm giảm bớt thời gian điều chế giấm từ vài tháng vài tuần.[17] Phước –Giang Page Ngày nay, hầu hết giấm sản xuất thùng để ngầm Otto Hromatka Heinrich Ebner sử dụng năm 1949 Trong phương pháp này, rượu lên men thành giấm bồn đảo liên tục, oxy cung cấp cách thổi bọt khí qua dung dịch Sử dụng ứng dụng đại phương pháp này, giấm chứa 15% axit axetic chế vịng 24 giờ, chí đạt độ giấm 20% vịng 60 Lên men kỵ khí Các lồi vi khuẩn kỵ khí bao gồm thuộc chi Clostridium, chuyển đổi đường thành axit axetic cách trực tiếp mà không cần phải qua bước trung gian tạo thành etanol Phản ứng chung mà vi khuẩn thực biểu diễn: C6H12O6 → CH3COOH Trên quan điểm nhà hóa học cơng nghiệp, điểm đáng ý vi khuẩn acetogen tạo axit axetic từ hợp chất chứa cacbon metanol, cacbon monoxit, hay hỗn hợp cacbon dioxit hydro: CO2 + H2 → CH3COOH + H2O Khả Clostridium chuyển hóa trực tiếp loại đường tạo axit axetic với chi phí đầu vào thấp, có nghĩa vi khuẩn có khả tạo axit axetic hiệu phương pháp oxy hóa etanol Acetobacter Tuy nhiên, vi khuẩn Clostridium íy chịu axit Acetobacter Ngay hầu hết chủng Clostridium chịu axit tạo giấm đạt vài phần trăm axit axetic, so với chủng Acetobacter tạo giấm với nồng độ axit lên đến 20% Hiện tại, chi phí để sản xuất giấm Acetobacter cao dùng Clostridium sau tách Kết là, vi khuẩn acetogenic biết đến rộng rãi từ năm 1940, việc sử dụng quy mô công nghiệp loại vi khuẩn giới hạn vài ứng dụng Phước –Giang Page ... triển lấn án nấm men có mặt tự nhiên nho Vì nhu cầu giấm cho mục đích ẩm thực, y tế, vệ sinh gia tăng, người bán rượu nho học nhanh chóng cách sử dụng vật liệu vô khác để sản xuất giấm tháng hè... dầu ,chế biến khí xây dựng phát triển nguồn nguyên liệu dồi cho ngành công nghiệp tổng hợp hữu phát triển có ngành cơng nghiệp sản xuất VA I TÍNH CHẤT VẬT LÝ VÀ HĨA HỌC CỦA AXETYLEN I Tính chất... dịch rượu loãng trộn với Acetobacter giữ nơi thống khí, ấm tạo giấm vòng vài tháng Các phương pháp sản xuất giấm công nghiệp, người ta tăng tốc độ phản ứng cách cung cấp nhiều oxy cho vi khuẩn Các