cong nghe tong hop cac hop chat trung gian

Mục Lục Mở đầu Chương I.Tổng quan I.1 Tổng quan nitrobenzen I.1.1 Tính chất vật lý I.1.2 Tính chất hóa học I.1.3 Ứng dụng nitrobenzen I.2 Tổng quan anilin I.2.1 Tính chất vật lý I.2.2 Tính chất hóa học I.2.3 Ứng dụng anilin 10 I.3 Tình hình sản xuất Việt Nam giới 10 Chương II.Các phương pháp tổng hợp hóa phẩm nitrobenzen anilin Error: Reference source not found II.1 Các phương pháp công nghệ tổng hợp nitrobenzen Error: Reference source not found II.1.1 Các phương pháp tổng hợp nitrobenzen Error: Reference source not found Mục Lục MỞ ĐẦU Trong trình phát triển kinh tế xã hội ngày ngành công nghệ hóa học ngày khẳng định tầm quan trọng việc sản xuất sản phẩm phục vụ đời sống người Những sản phẩm ngành công nghệ hóa học hữu nơi giới nilon, nhựa, xơ sợi tổng hợp, sơn, thuốc… Nitrobenzen hợp chất thu ta nitrat hóa benzene với xúc tác H 2SO4 đặc Nitrobenzen chất hoạt động dễ dàng chuyển đổi sang anilin, azobenzen, phenylhydroxylbenzen… Hiện khoảng 95% nitrobenzene tiêu thụ sản xuất anilin, nitrobenzene sử dụng chất đánh bóng giày sàn nhà, sốt da, sơn dung môi phần đáng kể nitrobenzene sử dụng việc sản xuất thuốc giảm đau paracetamol Anilin hợp chất quan trọng có nhiều ứng dụng lớn ngành công nghiệp phẩm nhuộm (thiazine), ngành công nghiệp hóa chất (polyurethane, polianiline…) có tầm quan trọng ngành công nghiệp sản xuất thuốc (antipyrine, antifebirin, sulfadiazine…) Sulfadiazine thuốc quan trọng đời sau penicillin, đặc biệt dùng thú y Sulfadiazine đời đánh dấu mốc quan trọng làm giảm tỷ lệ viêm phỏi từ 83100 năm 1930 xuống 44100 vào năm 1946 Ngoài ứng dụng aniline dẫn xuất chúng tổng hợp nhiều hợp chẩt hữu dị vòng có hoạt tính sinh học cao, có vai trò quan trọng sống ngành công nghiệp quinolin, phenoxazin Vì có nhiều ứng dụng việc sản xuất sản phẩm phục vụ đời sống người với việc khoa học ngày phát triển vai trò chúng ngày nâng cao nên giới năm qua sản lượng sản xuất nitrobenzene anilin tăng nhanh Chương I Tổng quan nitrobenzene anilin I.1 Tổng quan nitrobenzene I.1.1 Tính chất vật lý [4] Nitrobenzen có công thức phân tử C6H5NO2 Dùng làm nguyên liệu để sản xuất anilin, benzidin, thuốc nhuộm, hợp chất nitro thơm đơn giản Chất lỏng dầu Nitrobenzen điều chế cách dùng hỗn hợp HNO H2SO4 để nitro hóa benzen dung môi chất oxi hóa Nitrobenzen tinh khiết chất lỏng không màu (nitrobenzen công nghiệp có màu vàng), có mùi hạnh nhân, độc, tan nước, bay theo nước Nitrobenzen dễ tan hầu hết dung môi hữu tan lẫn với benzen tỷ lệ Nitrobenzen dung môi hữu tốt hòa tan AlCl3 Những thông số vật lý quan trọng nitrobenzen [4][6]: + Nhiệt độ nóng chảy 5,850C + Nhiệt độ sôi kPa 108,20C + Tỷ trọng d425 1,119 + Độ nhớt (150C) 2,17.10-2 mPa.s + Sức căng bề mặt (200C) 43,35 N/m + Nhiệt dung riêng (300C) 14,18 J/g + Nhiệt nóng chảy 94,1 J/g + Nhiệt hóa 331 J/g + Nhiệt độ chớp cháy cốc kín 880C + Nhiệt độ tự bốc cháy 4820C + Giới hạn nổ không khí (930C) 1,8% V + Tỷ trọng pha 4,1 + Chỉ số khúc xạ n15 I.1.2 Tính chất hóa học [4] 1,55457 Hợp chất nitro thơm tham gia hai loại phản ứng là: phản ứng khử hóa nhóm nitro (NO2) thành nhóm amin NH2 phản ứng xảy nhân thơm (thế electrophyl nucleophyl) a Phản ứng khử: Hợp chất nitro thơm bị khử hoá tạo sản phẩm trung gian phức tạp • Khử môi trường axit : chất khử dùng kim loại, Ví dụ: Fe Sn, Zn môi trường axit (HCl): NO2 2H Nitrobenzen NO NHOH 2H Nitrozo NH2 2H Hydroxylamin + H2O Anilin Khử môi trường kiềm : chất khử Zn + NaOH NiAlH Phản ứng tạo sản phẩm trung gian phức tạp khó tách NO2 NHOH NO [H] N=N nitrrobenzen nitrrozo + O2 hydroxyamin Azoxibenzen NH2 N=N NH – NH Azobenzen Hydrazobenzen • Khử môi trường trung tính: chất khử: Zn + NH4Cl Phản ứng khử dừng lại sản phẩm hydroxylamin NO2 NHOH + 2Zn + NH4Cl benzen + H 2O hydroxylamin Phản ứng khử hoá tiến hành với hydro phân tử H2, dùng xúc tác Ni Pt, Pd b.Phản ứng electrophyl: NO2 nhóm thụ động hoá nhân benzen phản ứng S E, nhóm định hướng meta Ví dụ: NO2 NO2 FeC3 Cl + Cl2 Nitrobenzen + HCl m – clo – nitrobenzen c.Phản ứng nucleophyl: Nhóm -NO2 thể hai hiệu ứng âm: -C, -I, nhóm hút electron mạnh, làm giảm khả phản ứng nhân phản ứng electrophyl Ngược lại làm hoạt động hoá vòng thơm phản ứng nucleophyl Ví dụ: Phản ứng nucleophyl dẫn xuất halogen xảy thuận lợi vòng benzen, nguyên tử halogen có nhóm -NO2 vị trí octo para Nhóm -NO2 nhóm hút electron mạnh làm phân tán điện tích âm làm bề cacbanion phản ứng electrophyl I.1.3.Ứng dụng nitrobenzen Nitrobenzen sản phẩm trung gian quan trọng Hầu hết nitrobenzen dùng để chuyển hoá thành anilin, benzidin, dinitrobenzen, làm chất xúc tiến lưu hoá cao su, dùng để sản xuất thuốc nhuộm anilin đen Ngoài dùng làm dung môi chọn lọc để tinh chế dầu mỏ số ứng dụng quan trọng dùng để sản xuất thuốc nổ dùng y dược I.2 Tổng quan anilin I.2.1 Tính chất vật lý [6] Anilin, phenyl amin hay amino benzen hợp chất hữu với công thức phân tử C6H7N Nó amin thơm đơn giản quan trọng Giống amin thơm khác, có mùi khó chịu cá ươn Anilin chất độc có mùi sốc, tan nước, tan vô hạn rượu,ete benzen Nó cháy dễ dàng tạo khói Một số thông số vật lý anilin : + Nhiệt độ nóng chảy -6,30C + Nhiệt độ sôi 184,130C + Tỷ trọng 1,0217 + Độ nhớt (250C) I.2.2 Tính chất hóa học [6] 3,71cP • Cộng dung dịch nước Br2 : Khi cho anilin vào dung dịch nước brom xảy phản ứng nguyên tử brom vào nhân benzene xuất kết tủa 2,4,6-tribromhalogenua (tương tự phenol) Muốn thu sản phẩm lần người ta phải giảm bớt hoạt động nhóm –NH2 cách axyl hóa theo sơ đồ sau: Sau thủy phân axetanilit môi trường kiềm thu dẫn xuất monohalogenua • Phản ứng nitro hóa : Nitro hóa anilin HNO3 đặc H2SO4 đặc thu sản phẩm -NO2 vị trí meta • Phản ứng Sunfo hóa Khi đun anilin với H2SO4 đặc 180OC ta thu dạng axit sunfanilic Nếu Sunfo hóa oleum hay H2SO4 đặc dư ta thu sản phẩm trực tiếp vào vị trí meta • Phản ứng oxi hóa với axit pecacboxilic • Phản ứng với axit loãng tạo muối C6H5NH2 + HCl C6H5NH3Cl • Phản ứng nguyên tử hydro nhóm amino Các amin nói chung anilin nói riêng có phản ứng với dẫn xuất halogenua R-X để tạo thành dẫn xuất amin bậc cao theo chế chung • Phản ứng với axit nitro môi trường axit nhiệt độ thấp tạo muối diazoni I.2.3 Ứng dụng anilin Anilin hóa chất tổng hợp nhiều giới để sản xuất thuốc (antipyrine, antifebirin, sulfadiazine…), phẩm nhuộm polymer (polyurethane) Ngoài ứng dụng aniline dẫn xuất chúng tổng hợp nhiều hợp chẩt hữu dị vòng có hoạt tính sinh học cao, có vai trò quan trọng sống ngành công nghiệp quinolin, phenoxazin I.3 Tình hình sản xuất Việt Nam giới Nitrobenzen hợp chất trung gian điển hình, có nhiều ứng dụng sống, chủ yếu để dùng làm hợp chất như: anilin, benzidin, dintrobenzen, thuốc nhộm, làm xúc tiến trình lưu hoá cao su Ngoài dùng làm dung môi chọn lọc để tinh chế đầu mỏ, dùng y dược dùng làm thuốc nổ Nitrobenzene sử dụng chủ yếu sản xuất anilin, sử dụng dung môi thành phần chất đánh bóng kim loại xà phòng Tại Mỹ, khoảng 98% nitrobenzene sản xuất chuyển đổi thành anilin, sử dụng anilin sản xuất polyurethan Nitrobenzene sử dụng dung môi trình tinh lọc dầu khí, dung môi sản xuất ete cellulose acetate cellulose (khoảng 1,5%) Nó sử dụng tổng hợp hợp chất hữu khác,cụ thể acetaminophen (ACGIH, 1991) Bảng 1: Lượng nitrobenzen sử dụng vào lĩnh vực khác Tây Âu, năm 1979 Các lĩnh vực sản xuất Tấn/năm Anilin 380000 Axit m-Nitrobenzenesulfonic 5000 Axit m-Nitrobenzenesulfonic 4300 Hydrazobenzene 1000 Dinitrobenzene 4000 Những loại khác (dung môi, thuốc nhuộm) 4000 Tổng số 398300 Báo cáo cho thấy rằng, hầu hết anilin hỗn hợp nitrobenzen khác sản xuất từ nitrobenzene sử dụng nhiều để sản xuất nhựa hợp chất polyme (chiếm 50%) Ngoài ra, sản xuất: hóa chất cao su (chiếm 27%), tổng hợp hydroquinone (chiếm 5%), thuốc nhuộm chất trung gian khác (chiếm 6%), thuốc chữa bệnh (chiếm 3%), thuốc trừ sâu mặt hàng khác (chiếm 9%) Một lượng nhỏ nitrobenzene sử dụng dung môi loại mực (quột lờn kim loại, sàn, đồ nội thất ), xi đánh giày, có loại nước hoa, chất trung gian sản xuất thuốc nhuộm Nitrobenzen ngày sản xuất theo nhiều phương pháp khác Tuy nhiên trình nitro hoá với tác nhân nitro hoá hỗn hợp axit sufuric axit nitric phát sớm Nitro hoá benzen phát vào năm 1834 đưa vào sản xuất với quy mô công nghiệp vào năm 1847 Nguyên liệu chủ yếu trình benzen, tác nhân nitro hóa có nhiều loại như: axit nitric, muối nitrat, hổn hợp axit, oxit nitơ, Nhưng công nghiệp ngày chủ yếu sử dụng tác nhân nitro hoá hổn hợp axit nitric axit sunfuric, sau dùng dung dịch natricacbonat để trung hoà hết lượng axit sản phẩm, cuối dung nước để rửa lại Việc sản xuất nitrobenzen có vị trí quang trọng Cho nên việc nắm vững chế trình, lựa chọn sơ đồ công nghệ, điều kiện công nghệ, địa điểm xây dựng, tính hiệu kinh tế yêu cầu quang trọng cần thiết nhà thiết kế công nghệ, nhằm đưa sản phẩm tốt kinh tế Năm 1994,trên giớí có khoảng 2.133.800 nitrobenzene sản xuất ra, khoảng phần ba sản xuất Hoa Kỳ (Camara et al, 1997.) Tại Mỹ, có gia tăng sản xuất nitrobenzene, với số lượng tăng dần theo báo cáo sau ( ngàn tấn, năm): Hình Biểu đồ sản lượng nitrobenzene qua năm Hoa Kỳ (ngàn tấn/năm) Việc sản lượng nitrobenzene tăng dựa lực sản xuất tăng lượng anilin tăng lên (sản phẩm nitrobenzene), có khả lượng nitrobenzene sản xuất tiếp tục tăng Năm 1980,cứ khoảng 70.000 nitrobenzene sản xuất Nhật Bản 135.000 năm 1990 (ECDIN, 2000) Patil & Shinde (1989) báo cáo sản xuất nitrobenzene Ấn Độ khoảng 22.000 tấn/năm Cũng Vương quốc Anh, Nitrobenzene sản xuất với tổng công suất 167.000 tấn/năm Ước tính có khoảng 115.400 dùng để sản xuất anilin Giả định rằng, có 98% lượng nitrobenzene sản xuất Vương quốc Anh sử dụng để sản xuất anilin, tổng lượng nitrobenzene sử dụng Vương quốc Anh khoảng 155.600 tấn/năm Năng lực sản xuất nitrobenzene số nước Tây Âu (SRI, 1985), thể bảng Báo cáo cho thấy Tây Âu có khoảng 670.000 sản xuất năm 1990 (ECDIN, 2000) sản phẩm đáy tiếp tục làm lạnh để đưa sang bồn chứa Phần sản phẩm anilin đưa sang thiết bị tách anilin để tách anilin phenol khỏi nước Anilin có lẫn phenol sau tuần hoàn lại bể chứa tiếp tục đưa sang tháp khử nước Nước có lẫn phần anilin phenol lấy đỉnh tháp cho quay lại bể chứa Anilin phenol coi loại bỏ hoàn toàn nước đưa sang tháp chưng tách anilin phenol Anilin lấy đỉnh tháp có hồi lưu, phenol lấy cạnh sườn đưa tuần hoàn Phần cặn ta lấy đáy tháp đưa sang tháp tách cặn II.2.3.4 Sản xuất Anilin từ nitrobenzen [9] Hình 10: Dây chuyền sản xuất anilin từ nitrobenzen Nitrobenzen đưa vào thiết bị bay đưa vào phía thiết bị hydro hóa Một phần nitrobenzene gia nhiệt trộn với hydro vào thiết bị gia nhiệt đưa vào tháp phản ứng Xúc tác đưa vào thiết bị chuẩn bị xúc tác đưa vào thiết bị phản ứng Tại thiết bị phản ứng xảy trình hydro hóa nitrobenzene thành anilin Xúc tác lấy phía đáy thiết bị.Sản phẩm lấy phía làm lạnh qua thiết bị tách khí NH cho quay lại tuần hoàn Sản phẩm nitrobenzene anilin đưa vào bể chứa tách xúc tác lắng xuống Phần sản phẩm anilin đưa sang thiết bị tách anilin để tách anilin nitrobenzen khỏi nước Anilin có lẫn nitrobenzen sau tuần hoàn lại bể chứa tiếp tục đưa sang tháp khử nước Nước có lẫn phần anilin nitrobenzen lấy đỉnh tháp cho quay lại bể chứa Anilin nitrobenzen coi loại bỏ hoàn toàn nước đưa sang tháp chưng tách anilin nitrobenzen Anilin lấy đỉnh tháp có hồi lưu, nitrobenzene cặn lấy đáy tháp Chương III Các nguồn nguyên liệu để sản xuất nitrobenzene III.1 Nguyên liệu benzen Benzen hydrocacbon thơm, đơn vòng, có công thức phân tử C 6H6, phân tử lượng M= 78.11 đvC Ở điều kiện thường, benzen chất lỏng không màu, dễ bắt cháy Benzen chất bền nhiệt, hoạt động hóa học, nên công nghiệp, thường sử dụng làm nguyên liệu ngành công nghiệp tổng hợp hữu hóa dầu để tổng hợp dẫn xuất styren, phenol, xyclohexan,… làm nguyên liệu sản xuất thuốc trừ sâu, chất dẻo, nhựa, dược phẩm, chất tẩy rửa,… Benzen dung môi có khả hòa tan tốt, có nhược điểm độc, nên bị thay nhiều dung môi khác M Faraday người thu benzen cách tách từ bicarburet hydrogen từ thí nghiệm dầu cá voi nhiệt phân nguyên liệu khác A.W Hofmann C.Mansfield từ trường cao đẳng hóa học Royal làm thí nghiệm chất lỏng thu từ than nhiệt phân Họ phát triển quy mô thương mại trình thu benzen hợp chất thơm khác từ nhựa than đá từ năm 1840- 1850 [2] Trong giai đoạn chiến tranh giới thứ II, benzen chủ yếu thu từ than Nhưng sau này, ngành công nghiệp hóa dầu phát triển với việc nghiên cứu loại xúc tác hiệu dầu mỏ trở thành nguồn nguyên liệu để sản xuất benzen hydrocacbon thơm khác III.1.1 Tính chất vật lý benzene [4] Công thức phân tử C6H6 Phân tử lượng M= 78.11 đvC Công thức cấu tạo Ở điều kiện thường, benzen chất lỏng không màu, có mùi đặc trưng Ở nhiệt độ thấp, benzen đóng rắn thành khối tinh thể màu trắng Benzen hợp chất dễ bắt cháy, cháy tạo thành lửa có muội Hơi benzen tạo thành hỗn hợp nổ với không khí khoảng nồng độ rộng Benzen dung môi không phân cực, có khả hòa tan rượu etylic tan nước Một số thông số vật lý đặc trưng benzen trình bày bảng Bảng Một số thông số vật lý đặc trưng benzen Thông số Đơn vị Giá trị Khối lượng phân tử đvC 78.11 Tỷ trọng 20oC 0.879 o Nhiệt độ nóng chảy Giới hạn nổ không khí C 80.1 % thể tích Dưới 1.4 Trên 7.1 Nhiệt độ chớp cháy cốc kín o C -11.1 Tỷ trọng (không khí = 1) 2.77 Giới hạn tiếp xúc (ppm; giờ) 5; III.1.2 Tính chất hóa học benzene [4] Về thành phần, benzen thuộc loại hydrocacbon vòng không no liên hợp( dãy đồng đẳng CnH2n-6 ), khác với hydrocacbon thuộc dãy etylen… benzen bền vững Do benzen hydrocacbon mạch vòng nên khó tham gia phản ứng oxi hóa phản ứng công, dể tham gia phản ứng khử Bảng Dạng định hướng đồng phân benzene Dạng định hướng Mức độ Nhóm Mức hoạt hoá Hoạt hoá/ đồng phân Định hướng ortho, para tiêu biểu Phản hoạt hoá mạnh -OH, -NH2 Mạnh trung bình -OCH3 Trung bình -CH3 Yếu Hoạt hoá yếu -X (halogen) Yếu yếu -CH=CH2 Phản hoạt hoá Định hướng meta trung bình -COOH Trung bình mạnh -NO2, -SO3H Mạnh a Phản ứng cộng Benzen có cấu trúc vòng bền nhờ xen phủ cộng hưởng obitan π Do chung khó tham gia phản ứng cộng hợp chất chưa no khác anken hay ankin Phản ứng cộng benzene xảy điều kiện khắc nghiệt nhiệt độ, xúc tác, áp suất - Cộng hydro - Cộng Clo b Phản ứng oxi hóa Các chất oxi hóa thông thường KMNO4 ,K2Cr2O7 / H2SO4 khả oxi hóa nhân benzen Ở nhiệt độ cao, benzen bị oxi hóa anhydric maleic với có mặt xúc tác V2O5: c Phản ứng electrophyl SE Benzen nguyên liệu quan trọng công nghiệp hoá chất nguyên tử hydro benzen dễ bị thay thê clo halogen khác nhóm sunfo-, amino-, nitro- hexaclobenzen, phenol, anilin, nitrobenzen… - Phản ứng halogen hóa: - Phản ứng nitro hóa: - Phản ứng sunfo hóa: - Phản ứng alkyl hóa: nhóm định chức khác Clobenzen, - Phản ứng axyl hóa: III.1.3 Ứng dụng Hình Ứng dụng benzene - - Benzene có nhiều ứng dụng thực tế, nguyên liệu để sản xuất phẩm - nhuộm, chất dẻo… Benzene dùng làm tơ nhân tạo, nilon, làm dung môi Nguyên liệu để tổng hợp chất khác III.1.4 Nguồn cung cấp nguyên liệu benzen Benzen chất đồng đẳng toluen, xylen tìm thấy dầu thô với lượng nhỏ, đó, sử dụng trình phân tách vật lý để thu hồi chúng từ nguồn không đem lại hiệu kinh tế cao Hàm lượng aromatic, naphtenic, parafinic chứa dầu thô phân đoạn naphtha dầu thô Saudi Arabian dầu thô United Kingdom bảng Bảng5 Kết phân tích phân đoạn dầu thô (T.b.p: true boiling point distillation C5 – refers to C5 plus content of light naphtha) Trong công nghiệp, nguồn cung cấp benzen đồng đẳng toluen xylen chủ yếu từ sản phẩm trình reforming xúc tác naphtha Một nguồn cung cấp BTX quan trọng khác từ trình cracking xúc tác, đó, phân đoạn dầu thô có giá trị phần cặn nặng phân hủy điều kiện có xúc tác tạo thành cấu tử hydrocacbon nhẹ Naphta sản phẩm có trị số octan cao nhờ phản ứng thơm hóa xảy với phản ứng cracking Một trình khác xem nguồn cung cấp BTX quan trọng, trình Cyclar Nguyên liệu trình khí dầu mỏ hóa lỏng có thành phần chủ yếu C3, C4 Xúc tác cho trình dạng zeolit có khả xúc tiến phản ứng dehydro hóa nguyên liệu, polyme hóa sản phẩm hình thành để tạo nên oligome không no, tiếp tục dehydro vòng hóa oligome tạo thành hydrocacbon thơm Hiệu suất benzen thu từ trình thường lớn trình reforming xúc tác Quá trình steam cracking naphtha chủ yếu nhằm sản xuất etylen, nguồn cung cấp đáng kể hydrocacbon thơm, đặc biệt benzen có sản phẩm lỏng công nghệ Các hydrocacbon thơm sinh từ phản ứng cộng đóng vòng etylen hình thành dehydro vòng hóa xảy trình steam cracking Hydrocacbon thơm thu từ nguồn dầu mỏ, thực tế, khoảng 10% [1] lượng hydrocacbon thơm tiêu thụ giới ngày sản xuất từ than đá Đây xem nguồn cung cấp benzen sản phẩm benzen khác chủ yếu từ trước năm 1940 [1] Các hydrocacbon thơm hình thành thực chất sản phẩm phụ trình cốc hóa than đá nhiệt độ cao III.1.5 Quá trình tồn chứa vận chuyển benzen Benzen chất dễ bắt cháy, dễ bay có tính độc, trình tồn trữ vận chuyển benzen cần phải tuần theo qui định nghiêm ngặt Nhãn yếu tố đặc biệt quan trọng tàu chở benzen Các hãng Mỹ như: OSHA, EPA, DOT, NIOSH,… có qui định rõ điều [2] Các qui định cách vận chuyển đóng tàu cập nhật sửa đổi ban bố hàng năm CFR Các nước khác có điều luật qui định qui trình kỹ thuật đảm bảo an toàn giống so với Mỹ Mặc dù, qui định đặc biệt phải áp dụng cho sở sản xuất, phòng thí nghiệm kiểm tra, khu vực tồn trữ, trình tháo dỡ hàng, vận chuyển benzen, qui đinh an toàn áp dụng với chất lỏng khí dễ bắt cháy độc khác Benzen bảo quản, tồn trữ vận chuyển thùng bể chứa thép Điều kiện thông gió thích hợp cần thiết trình bảo quản benzen Do benzen có tính độc, nên người công nhân phải làm việc tiếp xúc với benzen, cần phải sử dụng đồ bảo hộ để tránh benzen tiếp xúc trực tiếp lên da,hay hít phải khói có chứa benzen Trong trình tháo, nạp xăng cần phải cẩn thận benzen chất dễ bay Khi xảy cố cháy benzen dùng CO hóa chất có khả chữa chữacháy khác để dập lửa III.2 Xúc tác axit H2SO4 • Tính chất hóa lý xúc tác H2SO4 [8] Axit H2SO4 chất lỏng không màu, không mùi, nhớt dầu (t nc= 10,40C), khối lượng riêng H2SO4 98% 1,84 g/cm3 Dung dịch H2SO4 có nồng độ 98,2% hỗn hợp đẳng phí, áp suất thường sôi 336,60C • Tính chất hóa học H2SO4 [8] Axit sunfuric có hai đặc điểm lớn : Khi loãng, axit mạnh, đặc nóng chất oxy hóa mạnh Axit nguyên chất 100% tính axit H2SO4 axit hai lần, dung dịch phân ly thành hai nấc: nấc thứ phân ly hoàn toàn nấc thứ hai nhiều H+ + H2SO4 H+ + H2 S H 2S S K1 = ∞ K2 = H2SO4 đặc thụ động hóa Fe, Al, Cr nên người ta dùng bình thép để đựng chuyên chở H2SO4 đặc, nguội • Sản xuất H2SO4 [8] Axit sunfuric loại hóa chất nên hàng năm sản xuất với lượng lớn giới Nguyên tắc chung phương pháp điều chế H 2SO4 công nghiệp oxy hóa SO2 thành SO3 cho hợp với nước 2SO2 + O2 = 2SO3 SO3 + H2O = H2SO4 Hiện người ta thường điều chế H 2SO4 hai phương pháp: Phương pháp tiếp xúc phương pháp tháp Phương pháp tiếp xúc phương pháp đại, áp dụng nhiều nước giới.Tuy nhiên thực phương pháp khó khăn phương pháp cổ điển đòi hỏi kỹ thuật cao Quá trình điều chế gồm giai đoạn: + Điều chế anhydrit sunfurơ SO2 : Lọc hỗn hợp khí SO + O2, khử thật bụi tạp chất làm hại xúc tác (như SeO2, As2O3, PH3, H2O ) + Oxy hóa SO2: hỗn hợp khí lọc sạch, đốt nóng lên 450 oC cho qua chất xúc tác(Pt V2O5) Suốt giai đoạn oxy hóa nhiệt độ không thay đổi 2SO2 + O2 2SO3 ( hiệu suất thường đạt 98%) + Giai đoạn hấp thụ SO3: hỗn hợp khí SO2 + SO3 + O2 làm nguội xuống khoảng 50oC, cho tan dung dịch H2SO4 98,2% (giữ nhiệt độ không đổi 50oC) Sản phẩm thu oleum H2SO4.xSO3 Muốn có axit loãng người ta pha oleum nước Axit H2SO4 làm việc nhà máy đại thường tái sinh phương pháp phân hủy nhiệt độ cao Hiệu trình alkyl hóa tăng lên thêm vào xúc tác chất kích hoạt đặc biệt, làm thay đổi sức bề mặt giới hạn phân chia pha tạo thành nhũ tương axit H2SO4 III.3 Axit HNO3 • Tính chất vật lý [8] Axit nitric axit vô quan trọng Axit nitric khan chất lỏng không màu có tỷ trọng d = 1.52g/cm nhiệt độ 150C Bốc khói không khí Axit HNO3 đóng băng -410C sôi 860C Axit HNO3 trộn với nước theo tỷ lệ Khi sôi kèm theo tượng phân hủy phần theo phương trình: HNO3 = NO2 + O2 + H2O Ôxít nitơ (NOx) tan axít nitric đặc điểm ảnh hưởng nhiều đến tất đặc trưng lý tính phụ thuộc vào nồng độ ôxít này, chủ yếu bao gồm áp suất chất lỏng nhiệt độ sôi màu sắc đề cập Axít nitric bị phân hủy có nhiệt độ cao ánh sáng với nồng độ tăng lên mà điều làm tăng lên biến đổi tương đối áp suất bề mặt chất lỏng ôxít nitơ tạo phần toàn axít • Tính chất hóa học [8] Axít nitric monoaxít mạnh, chất ôxi hóa mạnh nitrat hóa nhiều hợp chất vô axít monoproton có phân ly Là axít điển hình, axít nitric phản ứng với chất kiềm, ôxít bazơ cacbonat để tạo thành muối, số quan trọng muốis amoni nitrat Do tính chất ôxi hóa nó, axít nitric không (ngoại trừ số ngoại lệ) giải phóng hiđrô phản ứng với kim loại tạo muối thường có trạng thái ôxi hóa cao Vì lý này, tình trạng ăn mòn nặng xảy cần phải bảo vệ thích hợp cách sử dụng kim loại hợp kim chống ăn mòn chứa axít Axít nitric axít mạnh với hắng số cân axít (pKa) = −2: dung dịch nước, hoàn toàn điện ly thành ionnitrat NO3− proton hydrat, hay gọi ion hiđrôni, H3O+ HNO3 + H2O → H3O+ + NO3Phản ứng với kim loại [8] Là chất ôxi hóa mạnh, axít nitric phản ứng mãnh liệt với nhiều chất hữu phản ứng gây nổ Tùy thuộc vào nồng độ axít, nhiệt độ tác nhân gây giảm liên quan, sản phẩm tạo cuối gồm nhiều loại Phản ứng xảy với tất kim loại, ngoại trừ dãy kim loại quý số hợp kim Trong phần lớn trường hợp, phản ứng ôxi hóa chủ yếu với axít đặc thường tạo điôxít nitơ (NO2) Cu + 4HNO3 → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O Tính chất axít thể rõ axít loãng, đôi với việc tạo ôxít nitơ (NO) 3Cu + 8HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O Do axít nitric chất ôxi hóa, hiđrô (H) thường tạo Cho nên kim loại phản ứng với axít nitric loãng lạnh (gần °C) giải phóng hiđrô: Mg(rắn) + 2HNO3 (lỏng) → Mg(NO3)2 (lỏng) + H2 (khí) Phản ứng với phi kim [8] Khi phản ứng với nguyên tố kim, ngoại trừ silic halogen, nguyên tố thường bị ôxi hóa đến trạng thái ôxi hóa cao tạo điôxít nitơ axít đặc ôxít nitơ axít loãng C + 4HNO3 → CO2 + 4NO2 + 2H2O 3C + 4HNO3 → 3CO2 + 4NO + 2H2O Chương IV Lựa chọn công nghệ xây dựng nhà máy Việt Nam Nitrobenzen anilin hợp chất quan trọng nhiều ngành công nghiệp nên việc sản xuất chúng vấn đề đặt với công nghiệp Việt Nam Mặt khác Việt Nam ngày có nhiều nhà máy lọc dầu nên nguồn benzene sản phẩm thơm nhà máy lọc dầu nhiều lên không tìm phương án sử dụng nguồn sản phẩm phải bán với giá rẻ lại phải nhập sản phẩm chế biến từ thuốc nhuộm, sơn, thuốc chữa bệnh… với giá đắt nhiều, điều khiến cho nước ta nhiều tiền Vì tới 90% nitrobenzene dùng để sản xuất anilin việc sản xuất nitrobenzene không phức tạp, xúc tác tương đối rẻ tiền dễ kiếm, dễ dàng nâng cao công suất nhà máy, điều kiện vận hành tương đối mềm đơn giản nên hoàn toàn từ nguồn nguyên liệu đầu benzene Điều giúp giảm thiểu chi phí đầu tư, chi phí vận chuyển so với xây dựng nhà máy sản xuất nitrobenzene anilin riêng lẻ Ngoài nguồn nguyên liệu axit sunfuric sản xuất số nhà máy Việt Nam nâng cao sản xuất nhà máy lọc dầu có nguồn sản phẩm tương đối lớn lưu huỳnh dạng nguyên tố Nguồn nguyên liệu axit nitric dễ dàng sản xuất từ nguồn nguyên liệu đầu nitơ không khí Nguồn nguyên liệu Hydro thu từ nhiều trình reforming nước Vì lợi ích từ việc xây dựng nhà máy sản xuất anilin từ nguồn nguyên liệu đầu benzene nên chọn áp dụng xây dựng nhà máy theo công nghệ hãng Kellogg Brown & Root Kết Luận Trong thời gian vừa qua nhóm chúng em cố gắng tìm hiểu tính chất sản phẩm nitrobenzene anilin với tìm hiểu số công nghệ sản xuất chúng Với điều kiện công nghệ điều kiện cung cấp nguyên liệu benzene, axit sunfuric, axit nitric hydro nhà máy lọc-hóa dầu Việt Nam hoàn toàn đủ cung cấp cho nhà máy sản xuất anilin để làm hợp chất trung gian cho ngành công nghiệp sản xuất cao su, phẩm nhuộm, sơn hay thuốc chữa bệnh từ tiết kiệm nguồn lớn kinh phí nhập nguyên liệu cho ngành công nghiệp Do thời gian kiến thức có hạn nên chúng em chưa tìm hiểu nhiều dây chuyên công nghệ giới mong cô giáo góp ý thêm để chúng em có hội tìm hiểu kỹ công nghệ sản xuất giới Tài liệu tham khảo [1] Đinh Thị Ngọ,Nguyễn Khánh Diệu Hồng Hóa học dầu mỏ khí Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội 2010 [2] Đoàn Thiên Tích Dầu khí Việt Nam Nhà xuất đại học quốc gia T.P Hồ Chí Minh, TPHCM 2001 [3] Phạm Thanh Huyền,Nguyễn Hồng Liên Công nghệ tổng hợp hữu – hóa dầu Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội 2006 [4] Đỗ Đình Răng tập thể tác giả Hóa học hữu tập Nhà xuất giáo dục, Hà nội 2006 [5] Petrochemical Processes, 2005 [6] Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol A2, 1992 [7]Feure H, The chemistry of the nitro and nitroso group, Wiley, N.Y, 1969 [8] Hoàng Nhâm Hóa học vô tập Nhà xuất giáo dục, Hà Nội 2006 [9]AlainChauvel,GillesLefebvre Petrochemical processes vol1-synthesis gas derivatives and major hydrocarbons ... phm trung gian c to thnh cú th phn ng khụng nhng ch theo chiu hng tỏch nc m cũn to thnh cht khỏc Cỏc nh nghiờn cu ny gi nh rng, hp cht trung gian c to thnh kt qu ca s kt hp axit nitric vi cacbua... nhúm hỳt electron mnh lm phõn tỏn in tớch õm v lm b cacbanion phn ng th electrophyl I.1.3.ng dng ca nitrobenzen Nitrobenzen l mt sn phm trung gian quan trng Hu ht nitrobenzen c dựng chuyn hoỏ... Phn ng to cỏc sn phm trung gian khỏ phc v khú tỏch NO2 NHOH NO [H] N=N nitrrobenzen nitrrozo + O2 hydroxyamin Azoxibenzen NH2 N=N NH NH Azobenzen Hydrazobenzen Kh mụi trng trung tớnh: cht kh: