Công nghệ sản xuất AlkylBenzene LAS

Đồ án tốt nghiệp PHẦN MỞ ĐẦU Trong sống nay, nhu cầu người chất tẩy rửa vơ quan trọng Đó sản phẩm thiết yếu sống thay Ta thấy nhiều sản phẩm thị trường như: xà phòng, nước rửa bát, xà phòng tắm,… Tất hình thành nên ngành cơng nghiệp sản xuất chất tẩy rửa Ngành công nghiệp đặt việc sử dụng phát triển chất hoạt động bề mặt phụ gia cho chất hoạt động bề mặt Chất hoạt động bề mặt chất có sức căng bề mặt nhỏ sức căng bề mặt dung môi, dung dịch, nồng độ bề mặt cao bên dung dịch, làm giảm sức căng bề mặt dung dịch Các chất hoạt động bề mặt thành phần chủ yếu số sản phẩm tẩy rửa mà nhiệm vụ đảm bảo tẩy vết bẩn chất lơ lửng nước giặt để ngăn cản bám lại chúng vải Chất hoạt động bề mặt ứng dụng nhiều lĩnh vực tẩy rửa mà nhiều ứng dụng khác Hiện ngưởi tiêu dùng trọng vần đề chất lượng sản phẩm mà hướng tới sức khỏe tính bảo vệ mơi trường sản phẩm LAS (Linear Alkylbenzene Sulphonates) chất hoạt động bề mặt anion sử dụng rộng rãi giới, chủ yếu sử dụng chất tẩy rửa giặt ủi sản phẩm làm LAS chiếm khoảng 1/3 thành phần bột giặt sử dụng rộng rãi Do vậy, em xin chọn đề tài:” Sunfo hóa benzene sản xuất LAS” làm đề tài cho đồ án chuyên ngành cử nhân- CH4026 Đồ án gồm:” Phần mở đầu, phần kết luận, danh mục tài liệu tham khảo chương nội dung” Đồ án tốt nghiệp MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU ……………….Error! Bookmark not defined Chương 2: Thiết kế dây chuyền………………………………………………………… 1.1 Tính chất……………………………………………………………………… 1.1.2 Tính chất vật lý…………………………………………………………… …5 1.1.3 Tính chất hóa học 1.2 Ứng dụng-Quy mô sản xuất tiêu thụ 1.3 Các phương pháp sản xuất 1.4 Hóa học phản ứng điều chế LAS Error! Bookmark not defined 1.4.1 Phản ứng Error! Bookmark not defined 1.4.2 Cơ chế phản ứng 10 1.5 Các công nghệ sản xuất LAS 12 1.5.1 Công nghệ Sulphurex F Ballestra 12 1.5.2 Sản xuất LAS áp suất cao môi trường CO2 tới hạn 15 1.5.3 So sánh lựa chọn công nghệ 22 1.5.4 Nguyên liệu: 23 Chương 2: Thiết kế dây chuyền ………………………………………………….24 Chương 3: Sử dụng phần mềm HYSYS mô phỏng, tính tốn, thiết kế cơng nghệ sản xuất LAS theo cơng nghệ sulfo hóa Balestra 25 3.1 Giới thiệu phần mềm HYSYS 25 3.2 Mô sơ đồ dây chuyền công nghệ 25 3.2.1 Điều kiện công nghệ 25 Đồ án tốt nghiệp 3.2.2 Các thông số dây truyền mô 30 3.3 Cân vật chất 46 3.4 Cân lượng 46 3.5 Khảo sát ảnh hưởng từ nguyên liệu đến hiệu suất phản ứng sulfu hóa LAB 47 3.5.1 Ảnh hưởng lượng nguyên liệu LAB 47 3.5.2 Ảnh hưởng lượng nguyên liệu lưu huỳnh 48 3.5.3 Ảnh hưởng đường kính ống phản ứng 49 KẾT LUẬN 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO 51 Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Xà phòng chất tẩy rửa xuất văn minh Vào cuối kỷ 18, Leblane khám phá xút sản xuất từ natri clorua Vài năm sau, Chvreul thành cơng giải thích phản ứng hóa học chất kiềm triglyxerit Fruitz Guinther BASF thành công sáng chế cất tẩy rửa tổng hợp cách ankyl hóa sunfua hóa chất naphtalen Tuy nhiên chuổi phân tử alkyl naphtalen ngắn, có đầy đủ đặc tính tẩy rửa Betsch cộng tác viên ông chế biến thành công chất tẩy rửa tuyệt vời cách sulfonat hóa rượu béo Do sunphat rượu béo gia nhập vào giới chất hoạt động bề mặt Vào năm 1946, chất alkylbenzen sulfonat (hay ABS) thay hữu hiệu xà phịng bột giặt gốc dùng công việc tẩy giặt gia đình có ngun liệu giá rẻ không tác hại ABS triển khai liên tục đầu năm 60, người ta bắt đầu quan tâm tới phân hủy sinh học, tác động ABS tới môi trường ABS với khả phân huỷ sinh học yếu, bị lên án Người ta tìm giải pháp cách thay chất mạch thẳng – LAS (linear Alkylbenzen sulphonate) LAS lần thương mại hóa vào đầu thập niên 60 chất có khả phân hủy sinh học LAS xem tác nhân tẩy rửa “ xanh” đầu tiên, chất hoạt động giới thiệu chất giải vấn đề môi trường LAS chất hoạt động bề mặt anionic tổng từ alkylbenzen mạch thẳng (LAB) Khoảng 99% sản lượng LAB chuyển thành LAS qua q trình sulfunates hóa 1.1 Tính chất vật lý – Tính chất hóa học 1.1.1 Tính chất vật lý a Cấu tạo: Đồ án tốt nghiệp x + y = 7-10 Nhánh alkyl thẳng Sulfonat vị trí para b Tính chất Bảng 1: Một vài tính chất vật lý LAS [1] Tính chất Số liệu Trạng thái Chất rắn màu vàng Phân tử khối (g/M) - 342,4 Nhiệt độ sôi (0C) 637 Nhiệt độ nóng chảy (0C) 277 Độ tan (g/l) 250 Tỷ trọng (kg/l) 1,06 pH (5% LAS water solutions) 7-9 Một tính chất quan trọng LAS có tính tương thích cao chất hoạt động bề mặt anionic khác, chúng sử dụng đơn công nghệ acidic alkaline loại chất tẩy rửa dạng lỏng hay dạng bột LAS hợp chất tính ổn định cao Đồ án tốt nghiệp 1.1.2 Tính chất hóa học LAS có đầy đủ tính chất hóa học ankylbenzen như: a Phản ứng thế: b Phản ứng cộng: c Phản ứng oxi hóa: 1.2 Ứng dụng-Quy mơ sản xuất tiêu thụ a Ứng dụng - Linear Alkylbenzen Sulfonate (LAS) ứng dụng làm chất hoạt động chất bột giặt, nước rửa chén, chất lau chùi công nghiệp lau chùi sinh hoạt.Trong sản phẩm công nghiệp nước rửa xe, lau sàn, LAS sử dụng nồng độ cao Trong sản phâm gia dụng đầu gội đầu, kem đánh răng, bọt cạo râu,… nồng độ LAS sử dụng thấp - Ngồi ra, LAS cịn ứng dụng lĩnh vực dệt may, sợi, hóa chất nơng nghiệp b Quy mô sản xuất (Sản lượng chất HĐBM sản lượng tiêu thụ LAS) - Linear Alkylbenzen Sulfonate (LAS), chất hoạt động chất bột giặt, nước rửa chén, chất lau chùi công nghiệp lau chùi sinh hoạt - LAS loại chất bẩn chế hóa lý chất hoạt động bề mặt sử dụng rộng rãi chất tẩy rửa lỏng dạng bột Chất hoạt động bề mặt anion, chúng ion hóa dung dịch, mang điện tích âm, nhìn chung chúng có bọt nhiều - Với phân bố 27% tổng tiêu thụ chất hoạt động bề mặt chất tẩy rửa gia đình, LAS dùng 30 năm qua tiếp tục góp phần đáng kể thị trường chất hoạt động bề mặt ngày Hơn 80% sản lượng LAS sử dụng vào sản xuất chất tẩy rửa Châu Âu Trung bình hàm lượng LAS chiếm khoảng Đồ án tốt nghiệp 5%-25% khối lượng loại chất tẩy rửa Châu Âu (dung dịch rửa chén, bột giặt….) Hình 1: Độ lớn thị trường LAS Trung Quốc từ 2013-2024 [2] Hình 2: Phân bố sản lượng tiêu thụ LAB năm 2014 [3] Đồ án tốt nghiệp Hình 3: Phân bố sản lượng tiêu thụ chất hoạt động bề mặt năm 2015 [4] 1.3 Các phương pháp sản xuất - LAS sản xuất từ LAB (linear ankylbenzen) q trình sulfo hóa tác dụng H2SO4 đặc oleum LAB (tiền thân LAS) sản xuất công nghiệp quy mô lớn cách alkyl hóa benzen mono-olefins alkyl halogenua chloro parafin cách sử dụng HF AlCl3 làm chất xúc tác (Cavalli cộng sự, 1999b) gần người ta sử dụng siêu axit lò phản ứng nằm ngang cố định (Erickson cộng sự., 1996) Alkyl hóa với AlCl3 q trình thương mại sử dụng vào năm 1960 nhánh Đồ án tốt nghiệp dodecylbenzene (DDB) thay LAB Vào cuối năm 1960s, công nghệ HF áp dụng lần trở thành cơng nghệ ưa thích để lắp đặt giới, để sản xuất LAB Vào năm 1990s, công nghệ alkyl hóa dựa chất xúc tác thiết bị phản ứng loại cố định xuất thị trường (Berna cộng sự., 1994) nhanh chóng áp dụng Cơng nghệ mang lại lợi ích đáng kể so với cơng nghệ cũ như: đơn giản hố q trình, loại bỏ việc xử lý axit xử lý (HF, HCl) nâng cao suất sản xuất cải thiện chất lượng LAB - Phương pháp sản xuất LAS hình bên dưới: - Đồ án tốt nghiệp Hình 4: Các bước sản xuất LAB-LAS [1] 1.4 Hóa học phản ứng điều chế LAS 1.4.1 Phản ứng Phản ứng ankyl hóa benzen: C6H6 + R-Cl  LAB + HCl Phản ứng sulfo hóa LAB: LAB + oleum  HLAS 1.4.2 Cơ chế phản ứng Phản ứng ankyl hóa benzene: (phản ứng Fridel-Craft) - Phản ứng ankyl hóa dẫn xuất halogen xúc tác nhôm clorua ( phản ứng (Friedel – Craffs) - Vai trò AlCl3 làm phân cực hóa liên kết C-X tạo lên ion cacboni cơng vào nhân benzene theo chế SE R: C12 Phản ứng sulfo hóa alkylbenzen: - Phản ứng LAB với oleum xảy qua hai giai đoạn Giai đoạn thứ tác dụng phần dư SO3 oleum: ArH + H2SO4 SO3 → ArSO2OH + H2SO4 - Phản ứng không thuận nghịch toả nhiệt mạnh, hiệu ứng nhiệt phụ thuộc vào nồng độ oleum có giá trị 180 KJ/mol oleum 20% Giai đoạn có tham gia axit sulfuric - Sự sulfo hoá SO3 biểu diễn sau: 10 ... 10 1.5 Các công nghệ sản xuất LAS 12 1.5.1 Công nghệ Sulphurex F Ballestra 12 1.5.2 Sản xuất LAS áp suất cao môi trường CO2 tới hạn 15 1.5.3 So sánh lựa chọn công nghệ ... thiết kế cơng nghệ sản xuất LAS theo cơng nghệ sulfo hóa Balestra 25 3.1 Giới thiệu phần mềm HYSYS 25 3.2 Mô sơ đồ dây chuyền công nghệ 25 3.2.1 Điều kiện công nghệ ... năm 2015 [4] 1.3 Các phương pháp sản xuất - LAS sản xuất từ LAB (linear ankylbenzen) q trình sulfo hóa tác dụng H2SO4 đặc oleum LAB (tiền thân LAS) sản xuất công nghiệp quy mô lớn cách alkyl