Phần 1: Xà phòng Phần 2: Các CHĐBM từ axit cacboxylic thiên nhiên khác Phần 3: Các CHĐBM từ axit cacboxylic tổng hợp Phần 4: Tổng hợp CHĐBM sulfate Phần 5: Công nghệ sulfate hóa Phần 6: Tổng hợp CHĐBM dạng sulfonate Phần 1: Xà phòng Phần 2: Các CHĐBM từ axit cacboxylic thiên nhiên khác Phần 3: Các CHĐBM từ axit cacboxylic tổng hợp Phần 4: Tổng hợp CHĐBM sulfate Phần 5: Công nghệ sulfate hóa Phần 6: Tổng hợp CHĐBM dạng sulfonate Phần 1: Xà phòng Phần 2: Các CHĐBM từ axit cacboxylic thiên nhiên khác Phần 3: Các CHĐBM từ axit cacboxylic tổng hợp Phần 4: Tổng hợp CHĐBM sulfate Phần 5: Công nghệ sulfate hóa Phần 6: Tổng hợp CHĐBM dạng sulfonate
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Công nghệ Hóa CƠNG NGHỆ CHẤT HoẠT ĐỘNG BỀ MẶT Chương 4: Chất hoạt động bề mặt anion Nội dung Phần 1: Xà phòng Phần 2: Các CHĐBM từ axit cacboxylic thiên nhiên khác Phần 3: Các CHĐBM từ axit cacboxylic tổng hợp Phần 4: Tổng hợp CHĐBM sulfate Phần 5: Công nghệ sulfate hóa Phần 6: Tổng hợp CHĐBM dạng sulfonate Phần 1: Xà phòng 1.1 Nguyên liệu sở lý thuyết q trình nấu xà phòng • Ngun liệu: - Dầu mỡ thực động vật như: mỡ bò, cừu, heo, dầu dừa, dầu cọ, cao su, dầu đậu phọng, thầu dầu, dầu cau • Dầu mỡ động thực vật este alcol chức glyxerin acid béo khác nhau, có cơng thức tổng quát: ROCO CH2 – CH(OCOR’) – CH2 OCOR” Trong R = R' = R" R = R' R" R R' R" Phần 1: Xà phòng - Dầu mỡ giàu thành phần acid béo no (mỡ heo, bò, dầu dừa ) cho xà cứng dầu mỡ giàu thành phần acid béo khơng no • Một số đại lượng vật lý đặc trưng cho chất béo: +) Chỉ số acid: số mg KOH dùng để trung hòa 1g chất béo cho biết lượng acid tự dầu mỡ +) Chỉ số xà phòng: số mg KOH dùng để xà phòng hóa 1g chất béo,nó nói lên thành phần tổng cộng acid béo Chỉ số xà bơng nhỏ chứng tỏ acid béo lớn có chứa chất khơng xà phòng hóa - Phần 1: Xà phòng • Cơ sở lý thuyết: - Phản ứng xẩy q trình nấu xà phòng phản ứng thủy phân xà phòng hóa hỗn hợp axit béo tạo thành muối natri kali axit béo glyxerin Phần 1: Xà phòng 1.2 Các phương pháp nấu xà phòng: • Phương pháp nấu xà phòng khơng nhiệt độ: - Trộn dầu mỡ dung dịch NaOH đặc (hàm lượng NaOH thường lấy lý thuyết 10%) nhiệt độ 32 – 350C rót vào khn sắt q trình xà phòng kết thúc -3 ngày Cắt thành bánh nhỏ, đóng khn bao gói - Nhược điểm:Khơng thể làm sản phẩm khỏi tạp chất nguyên liệu không thu hồi glyxerin - Ưu điểm: nhanh, tiêu hao nguyên liệu, chi phí đầu tư thấp, lượng nhân cơng Phần 1: Xà phòng • Phương pháp nấu xà phòng gia nhiệt nhẹ: - Đun dầu mỡ đến 600C cho thêm NaOH chất độn (natri silicat) Khuấy liên tục, tránh tạo bọt khơng khí hỗn hợp đồng ngừng khuấy, để yên – Nâng nhiệt độ lên 800C giữ nhiệt độ thời gian phản ứng Trung hòa kiềm dư axit oleic đổ khn - Thích hợp để nấu xà phòng mềm Phần 1: Xà phòng • Phương pháp nấu xà phòng nhiệt độ cao: - Cho dầu mỡ NaOH 35 - 40% vào thiết bị nấu - Phản ứng thực 85C, kết thúc phản ứng khoảng - - Sau phản ứng kết thúc cho thêm NaCl để tách lớp xà phòng (có NaCl tỷ trọng tăng lên) Xà phòng dễ phân lớp lên Lớp nước có glyxerin, NaCl, xút dư, tháo - Tiếp tục cho thêm xút để xà phòng hóa tiếp, thêm muối để tách lớp tháo lớp - Bước cuối thêm nước để thu khối đồng có dạng keo Để yên cho tách lớp thu xà phòng chất lượng cao lớp - Xà phòng thu trộn với phụ gia, chất độn để tạo thành khuôn bánh Phần 2: Các CHĐBM từ axit cacboxylic thiên nhiên - Các axit béo C18 thu từ dầu thơng q trình sản xuất bột giấy 2.2 Các axit napthenic: - Các axit napthenic tồn hỗn hợp axit cacboxylic với mạch alkyl chứa nhóm vòng 5, cạnh Cơng thức hóa học chung CnH2m+zO2 m số cacsbon, z = axit béo nhỏ phụ thuộc vào số vòng ngưng tụ Phần 2: Các CHĐBM từ axit cacboxylic thiên nhiên - Cấu trúc axit napthenic biểu diễn sau Phần 2: Các CHĐBM từ axit cacboxylic thiên nhiên - Các axit napthenic có hầu hết loại dầu thơ, khoảng từ – 4% khối lượng - Nhóm cacboxylic gắn với nhóm kị nước phân tử tạo tính chất hoạt động bề mặt axit napthenic - Axit napthenic axit yếu với pKa = Trong môi trường pH cao, chúng dạng ion hóa nhiều hơn, dễ tan nước Tính tan đạt tới 2,1 mg/l phụ thuộc vào khối lượng phân tử pH - Bền môi trường Phần 3: Các CHĐBM từ axit cacboxylic tổng hợp 3.1 Các phương pháp tổng hợp axit cacboxylic - Các axit béo tổng hợp sản xuất công nghiệp dựa nguồn nguyên liệu từ dầu mỏ - Các axit cacboxylic mạch ngắn, phân nhánh không tồn tự nhiên sản xuất phương pháp tổng hợp Phần 3: Các CHĐBM từ axit cacboxylic tổng hợp • Các phương pháp tổng hợp bao gồm: - Oxi hóa parafin: +) nhựa parafin oxi hóa khơng khí q trình pha lỏng 110 – 130 0C +) Xúc tác cho phản ứng gốc muối coban mangan +) Kết thu hỗn hợp đồng axit cacboxylic với sản phẩm phụ aldehyt, keton, lacton, este, axit dicacboxylic Phần 3: Các CHĐBM từ axit cacboxylic tổng hợp • Phản ứng cacbonyl hóa: - Là phản ứng olefin với CO - Phương pháp thích hợp để tổng hợp axit cacboxylic khối lượng phân tử thấp từ C4 – C9 - Quá trình hydrocacboxyl hóa olefin với xúc tác axit vơ mạnh (phản ứng Koch-Haaf) tạo sản phẩm axit cacboxylic nhánh Phần 2: Các CHĐBM từ axit cacboxylic thiên nhiên - Cơ chế phản ứng Phần 3: Các CHĐBM từ axit cacboxylic tổng hợp • Phản ứng xẩy theo bước: - Olefin chuyển hóa 20 – 800C 20 – 100 bar với có mặt axit mỏ CO thành ion acylium - Ion acylium phản ứng với nước thành axit cacboxylic Xúc tác axit thu hồi tái sử dụng - Sự tạo thành axit cacboxylic bậc thúc đẩy cách tăng nhiệt độ giảm áp suất CO bước -Khi sử dụng xúc tác cacbonylpyridin, tạo thành axit caboxylic mạch thẳng xẩy mạnh không olefin α mà olefin có nối đơi mạch Phần 3: Các CHĐBM từ axit cacboxylic tổng hợp • Kiềm nóng chẩy rượu béo: - Phản ứng thực với có mặt kim loại Cu Ni - Đặc biệt trường hợp rượu khối lượng phân tử thấp (C6 –C10) trình dehydrat xẩy ra, gọi phản ứng ngưn tụ Guerbet Hai phân tử rượu phản ứng tạo thành isoalcohol nhánh 2-alkyl Phần 3: Các CHĐBM từ axit cacboxylic tổng hợp 3.2 Giới thiệu công nghệ sản xuất axit cacboxylic tổng hợp - Công nghệ sản xuất axit cacboxylic dựa q trình oxy hóa parafin đồng thể - Q trình cơng nghệ oxy hóa xem q trình chuyển hóa chất tác dụng tác nhân oxy hóa Q trình oxy hóa parafin q trình oxy hóa khơng hồn tồn, bao gồm nhóm chính: oxy hóa khơng đứt mạch oxy hóa xẩy với q trình phá vỡ mối liên kết C-C - Nguyên liệu: parafin lỏng thu từ q trình chế biến dầu khí (C10 – C22) Phần 3: Các CHĐBM từ axit cacboxylic tổng hợp - Tác nhân oxy hóa: +) Pemanganat (ở mơi trường kiềm, trung tính hay axit), dicromat, trioxit crom, peoxyt vài kim loại mangan, chì, natri +) Oxy phân tử (dạng khơng khí hay oxy kỹ thuật) - Xúc tác: muối kim loại chuyển tiếp (Co Mn) - Khi oxy hóa parafin naphten, axit cacboxylic tạo thành với trình cắt đứt mạch cacbon Sản phẩm trung gian xeton, aldehyt hình thành trước sinh axit Phần 3: Các CHĐBM từ axit cacboxylic tổng hợp • Cơ chế oxy hóa đồng thể: - Khi oxy hóa hydrocacbon tạo thành hàng loạt sản phẩm hydropeoxyt, rượu, xeton, aldehyt, este, axit cacboxylic chất đa chức phức tạp - Phân tử hoạt động trung gian gốc với hóa trị tự nguyên tử C hay nguyên tử O (ROO*, RO*) Phần 3: Các CHĐBM từ axit cacboxylic tổng hợp • Tính chọn lọc phản ứng oxy hóa đồng thể: - Nhiệt độ yếu tố gây ảnh hưởng lớn đến tính chọn lọc có q trình khác biệt lượng hoạt hóa giai đoạn q trình Năng lượng hoạt hóa phản ứng phụ thường cao, ưu tăng với q trình tăng nhiệt độ tính chọn lọc giảm - Mỗi q trình có vùng nhiệt độ tối ưu xác định tỉ lệ thích hợp tốc độ oxy hóa tính chọn lọc Phần 3: Các CHĐBM từ axit cacboxylic tổng hợp • Cơng nghệ oxy hóa parafin tổng hợp axit cacboxylic: +) Q trình oxy hóa parafin lỏng tiến hành cách sục khơng khí qua parafin lỏng Nếu lựa chọn nhiệt độ dựa vào cường độ tính chọn lọc trình áp suất chọn cho hỗn hợp phản ứng tồn trạng thái lỏng +) Các tháp phản ứng có chiều cao từ 10 - 15 m đường kính - m, phân chia nhiều đoạn thiết bị nối tiếp với tạo thành hệ gồm nhiều giai đoạn nối tiếp Vật liệu chế tạo thiết bị có khả chống ăn mòn Thiết bị có trao đổi nhiệt Phần 3: Các CHĐBM từ axit cacboxylic tổng hợp • Hệ thống thiết bị phản ứng oxy hóa (b) (a) Parafin Khơng khí Khơng khí Sản phẩm Sản phẩm (a) Thiết bị oxy hóa gián đoạn, trao đổi nhiệt ngồi (b) Tháp mâm ... (CMC): có khả giữ chất bẩn dung dịch không bám trở lại bề mặt, tạo độ đậm đặc ổn định bọt - Các chất ổn định bọt hữu khác - Ngồi thành phần chất tẩy rửa có chất màu chất tạo hương, chất chống oxi... Giới thiệu công nghệ sản xuất axit cacboxylic tổng hợp - Công nghệ sản xuất axit cacboxylic dựa q trình oxy hóa parafin đồng thể - Q trình cơng nghệ oxy hóa xem q trình chuyển hóa chất tác dụng... thô, khoảng từ – 4% khối lượng - Nhóm cacboxylic gắn với nhóm kị nước phân tử tạo tính chất hoạt động bề mặt axit napthenic - Axit napthenic axit yếu với pKa = Trong môi trường pH cao, chúng dạng