Nghiên cứu phản ứng Clo hoá axit xianuric

Nghiên cứu phản ứng Clo hoá axit xianuric Nghiên cứu phản ứng Clo hoá axit xianuric Nghiên cứu phản ứng Clo hoá axit xianuric luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

Bộ giáo dục đào tạo Trường đại học bách khoa hµ néi Luận văn thạc sỹ khoa học Nghiên cứu phản ứng clo hoá axit xianuric Ngành: Công nghệ hoá học Vũ Hoàng Duy Người hưỡng dẫn khoa học: PGS.TS Ngô Đại Quang Hà Nội 2006 Mục lục Lời cam đoan Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ đồ thị Mở Đầu Chương Tổng quan 1.1 Axit xianuric 1.1.1 Đặc điểm cấu tạo 1.1.2 TÝnh chÊt vËt lý Trang 10 10 10 12 1.1.3 1.1.4 1.2 1.2.1 1.2.2 1.2.3 Tính chất hoá học Các phương pháp tổng hợp axit xianuric Phản ứng clo hoá axit xianuric thành axit tricloisoxianuric Giíi thiƯu axit tricloisoxianuric TÝnh chÊt axit tricloisoxianuric 13 16 17 17 17 øng dông axit tricloisoxianuric 18 1.2.4 1.3 1.3.1 1.3.2 1.3.3 Các phương pháp clo hoá axit xianuric thµnh axit tricloisoxianuric Clo hãa axit xianuric thµnh axit dicloisoxianuric Giíi thiƯu axit dicloisoxianuric TÝnh chÊt axit dicloisoxianuric 19 27 27 27 ứng dụng axit dicloisoxianuric 28 1.3.4 Các phương pháp clo hoá axit xianuric thành axit dicloisoxianuric 1.3.5 Các dÉn st cđa axit dicloisoxianuric Ch­¬ng - Thùc nghiƯm 2.1 Yêu cầu nguyên liệu 29 30 32 32 2.1.1 Axit xianuric 2.1.2 Clo 2.1.3 Xót 2.1.4 N­íc 2.2 Thiết bị dùng để clo hoá axit xianuric 2.3 Tối ưu hoá thông số công nghệ 2.3.1 Tổng hợp muối natrixianurat 2.3.2 Xác định thông số phản ứng clo hoá axit xianuric 2.4 Phân tích xác định cấu trúc sản phẩm Chương - Kết thảo luận 3.1 áp dụng lý thuyết hàm mật độ để giải thích chế phản ứng 32 33 33 33 34 35 35 35 36 37 3.2 3.2.1 3.2.2 3.2.3 42 42 46 55 Tối ưu thông số phản ứng clo hoá axit xianuric Tối ưu hoá thông số trình tạo muối natri xianurate Xác định thông số tối ưu cho phản ứng clo hoá axit xianuric Xác định cấu trúc sản phẩm 37 Chương - áp dụng 60 4.1 Quy trình công nghệ 4.2 Công nghệ gián đoạn 4.2.1 Sơ đồ dây chuyền công nghệ 4.2.2 Nguyên lý hoạt động 4.2.3 Thử nghiệm 4.3 Công nghệ liên tục 4.3.1 Sơ đồ dây chuyền công nghệ 4.3.2 Nguyên lý hoạt động 4.3.3 Thử nghiệm Chương - Kết luận Tài liệu tham kh¶o 60 62 62 62 63 64 64 65 66 68 Phụ lục 75 70 Lời cam đoan Những thông tin nêu luận văn kết nghiên cứu Trung tâm Hoá Dược thuộc Viện Hoá học Công nghiệp Đó phần kết qủa nhóm nghiên cứu đề tài công nghệ sản xuất axit xianuric, axit tricloisoxianuric, axit dicloisoxianuric PGS TS Ngô Đại Quang chủ trì Trong thông tin thu sau không hoàn toàn trùng khớp với kết đà công bố trước điều chỉnh bổ sung nhằm tối ưu hoá trình sản xuất thực nghiệm Tôi xin cam đoan tất thông tin trình bày luận văn thực tế, không chép thông tin có quyền khác mà chưa phép Tôi xin chịu trách nhiệm trước pháp luật vấn đề vi phạm quyền sử dụng thông tin pháp luật nước Cộng hoà xà hội chủ nghĩa Việt Nam quy định Hà Nội, ngày 15 tháng 10 năm 2006 Vũ Hoàng Duy Lời cám ơn Tôi xin chân thành cám ơn Thày, Cô Trung tâm đào tạo sau đại học, khoa Công nghệ Hoá học Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đà tổ chức giảng dạy, truyền đạt kiến thức quý báu cho thời gian tham gia khoá học cao học Hoá dầu 2004 -2006 trường Tôi xin chân thành cám ơn GS TSKH Mai Tuyên, PGS TS Ngô Đại Quang tập thể cán Trung tâm Hoá Dược Viện Hoá học Công Nghiệp đà giúp đỡ tạo điều kiện cho hoàn thành luận văn Hà Nội, ngày 15 tháng 10 năm 2006 Vũ Hoàng Duy Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt CA axit xianuric TCCA axit tricloisoxianuric DCCA axit dicloisoxianuric NaDCCA natri dicloisoxianuric KDCCA Kali dicloisoxianuric H entanpi E enery Danh môc bảng Bảng 1.1 Nhiệt phản ứng CA với bazơ Bảng 3.1 Entanpi trình chuyển hoá hydro CA Bảng 3.2 Entanpi phản ứng trung hoà CA Bảng 3.3 Xác định tỷ lệ CA/NaOH Bảng 3.4 Xác định lượng nước để tổng hợp muối natrixianurat Bảng 3.5 ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu suất phản ứng clo hoá CA Bảng 3.6 ảnh hưởng cđa thêi gian ph¶n øng tíi hiƯu st TCCA B¶ng 3.7 ¶nh h­ëng cđa thêi gian ph¶n øng tíi hiƯu suất DCCA Bảng 3.8 ảnh hưởng pH đầu phản ứng tíi hiƯu st s¶n phÈm TCCA B¶ng 3.9 ¶nh h­ëng cđa pH ci ph¶n øng tíi hiƯu st TCCA, DCCA Bảng 3.10 ảnh hưởng áp suất tới hiệu suất phản ứng clo hoá Bảng 3.11 Các phổ khối cường độ tương đối Danh mục hình vẽ, đồ thị Hình 1.1 Cấu trúc CA dạng tinh thể Hình 1.2 Cấu tạo phân tử TCCA Hình 1.3 Cấu tạo phân tử DCCA Hình 2.1 Sơ đồ thí nghiệm phản ứng clo hoá CA Hình 3.1 Xúc tác làm chuyển hoá hidro phân tử CA Hình 3.2 Phân bố điện tích dạng xeton enol CA Hình 3.3 Sự phân bố mật độ điện tích phân tử Cl , NaOCl, HOCl R R Hình 3.4 Quá trình clo hoá CA Hình 3.5 ảnh hưởng nhiệt độ tới hiệu suất phản ứng clo hoá Hình 3.6 ảnh hưởng thời gian phản ứng clo hoá Hình 3.7 ảnh hưởng pH phản ứng Hình 3.8 ảnh hưởng áp suất đến hiệu suất phản ứng clo hoá Hình 3.9: Sơ đồ chế phân rà phân tử TCCA Hình 4.1 Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất DCCA, TCCA Hình 4.2 Sơ đồ dây chuyền công nghệ clo hoá CA gián đoạn Hình 4.3 Sơ đồ dây chuyền công nghệ clo hoá CA liên tục Mở Đầu Phản ứng clo hoá axit xianuric (CA) phản ứng quan trọng để tổng hợp hợp chất chứa clo hoạt tính axit tricloisoxianuric (TCCA) axit dicloisoxianuric (DCCA); hai hợp chất hữu quan trọng có nhiều ứng dụng đời sống nước phát triển (Anh, Pháp, Đức, Mỹ, Nhật, Brazin) họ đầu công nghệ sản xuất CA, TCCA, DCCA Ngay từ đầu năm 60 kỷ 20, họ đà xây dựng nhà máy có công suất lớn hàng vạn tấn/ năm công nghệ sử dụng dung môi để clo hoá CA Sau năm 80, công nghệ clo hoá đà phát triển hoàn thiện dần, nhiều nhà máy với công nghệ mới, đại xây dựng đưa sản lượng giới lên hàng chục triệu tấn/năm nước ta, trước nhu cầu thị trường không lớn nên chưa có công trình đề cập nghiên cứu sản xuất CA, TCCA, DCCA Trong gần 10 năm trở lại đây, ngành nuôi trồng thuỷ sản nước phát triển mạnh mẽ rộng khắp ba miền Bắc, Trung, Nam nên cần hợp chất chứa clo hoạt tính để khử trùng phòng bệnh cho tôm, cá Hiện nay, ước tính năm phải nhập từ Trung Quốc nước khác hàng ngàn TCCA, DCCA cho nuôi trồng thuỷ sản, xử lý nước bể bơi, nước sinh hoạt mục đích khác Vì vậy, từ năm 1999, Viện Hoá học Công nghiệp đà nhà nước giao nhiệm vụ nghiên cứu, xây dung quy trình công nghệ hoàn thiện công nghệ sản xuất TCCA, DCCA từ nguyên liệu nước Để tăng hiệu cho trình sản xuất TCCA, DCCA, điều cần thiết quan trọng phải nghiên cứu phản ứng clo hoá CA với mục tiêu sau: Nghiên cứu phản ứng clo hoá CA, xác định điều kiện tối ưu cho phản ứng tạo thành sản phẩm TCCA Nghiên cứu phản ứng clo hoá CA, xác định điều kiện tối ưu cho phản ứng tạo sản phẩm DCCA Phân tích xác định cấu trúc sản phẩm phương pháp hoá lý Xây dựng quy trình công nghệ sản xuất TCCA, DCCA áp dụng vào sản xuất công nghiệp 60 Chương Triển khai sản xuất Trong công nghiệp, công nghệ sản xuất TCCA, DCCA phát triển giống công nghệ khác, giai đoạn ban đầu người ta phải tổng hợp từ thiết bị đặc biệt thuỷ tinh thạch anh tráng men, theo mẻ riêng giai đoạn này, người ta sản xuất quy mô nhỏ hiệu suất không cao, sản lượng nhỏ Công nghệ phát triển sau công nghệ liên tục, với công nghệ này, người ta tách trình clo hoá CA thành đến công đoạn, công đoạn thực trình phản ứng Quá trình ghép nối tiếp thành hệ thống cho phép sản xuất liên tục TCCA DCCA Như với công nghệ cho phép nâng cao hiệu trình sản xuất nanag sản lượng lên đáng kể đáp ứng nhu cầu thực tế Khoảng chục năm gần đây, người ta tích hợp công đoạn vào hai tháp tổng hợp chính, điều cho phép nâng cao công suất sản lượng nhờ cắt bỏ công đoạn thao tác không cần thiết vận hành Công nghệ cho phép người ta tự động hoá được, nâng cao hiệu suất phản ứng, rút ngắn thời gian sản xuất, tiết kiệm lượng chi phí khác nên giá thành hạ 4.1 Quy trình công nghệ Qua nghiên cứu sản xuất thực tế kết hợp tham khảo quy trình công nghệ nước, đà đưa quy trình công nghệ sản xuất DCCA, TCCA từ CA hình 4.1 62 4.2 Công nghệ gián đoạn Đây dạng triển khai mô hình pilot với công suất nhỏ, cho phép người triển khai đưa thông số công nghệ vào thực tế kiểm chứng hiệu Đối với sản xuất quy mô công nghiệp, giai đoạn đầu ứng dụng sản xt, nã cho phÐp chóng ta thùc hiƯn tõng mỴ riêng mà mẻ thiết lập thông số kỹ thuật khác nên chất lượng sản phẩm giữ mẻ không giống Trong trình sản xuất TCCA, DCCA vậy, thông số kỹ thuật áp dụng vào sản xuất nhiệt độ phản ứng: tõ 10-15 C; l­u tèc dßng khÝ clo 15cm /s; tốc độ khuấy trộn 20 vòng/phút; thời P P P P gian ph¶n øng giê (DCCA), giê (TCCA) ; pH cuèi ph¶n øng (TCCA), (DCCA) Ngoài sản xuất có công đoạn mà người lao động phải thực thủ công, phải đối mặt trực tiếp với chất độc hại lọc sấy sản phẩm, đóng bao, cất trữ Do thực sản xuất theo mẻ, nên vốn đầu tư ban đầu không cao, triển khai quy mô nhỏ từ 500 tấn/năm trở xuống Theo tính toán chúng tôi, hiệu suất trung bình thực sản xuất gián đoạn suất 200kg sản phẩm/mẻ khoảng 80%, giá xuất xưởng khoảng 32.000 đồng/kg TCCA 44.000 đồng/kg DCCA Thời gian hoàn vốn khoảng 3-4 năm 4.2.1 Sơ đồ dây chuyền công nghệ (hình 4.2) 4.2.2 Nguyên lý hoạt động CA, NaOH, nước định lượng thiết bị cân điện tử 1,2,3 theo tû lÖ kg CA: 1,025kg NaOH : lÝt nước Sau nạp CA NaOH vào thiết bị tạo muối có lắp máy khuấy Cho thiết bị khuấy hoạt động kết hợp đưa nước vào thật từ từ, cho 1/2 lượng nước dừng lại, khuấy 30 phút, sau cho hết phần nước lại vào, khuấy tiếp 30 phút 63 kết thúc trình tạo muối Sau tháo dung dịch muối qua thiết bị lọc vải chịu kiềm để loại bỏ chất không tan xuốngbồn chứa Dung dịch muối từ bồn chứa bơm vào thiết bị phản ứng sơ cấp qua bơm ly tâm chịu kiềm Dung dịch phản ứng bơm đầy 2/3 thiết bị phản ứng sơ cấp sau đặt máy khuấy tốc độ 20 vòng/phút kết hợp đưa nước lạnh vào làm lạnh dung dịch tới nhiệt độ 15 C đưa clo vào phản ứng Khí clo từ thiết bị P P phản ứng thứ cấp c sục xuống đáy thiết bị, nhờ có phân phân phối khí chia nhỏ dòng khí thành bột nhỏ li ti trộn dung dịch nhờ máy khuấy Tại thiết bị sơ cấp, phản ứng thực tới pH = (9) khoảng thời gian 1-1,5 sau tháo xuống thiết bị clo hoá thứ cấp Tại thiết bị 9, dung dịch tiếp tục làm lạnh tới 10 C sục clo vào P P kết hợp khuấy Tốc độ dòng clo vào khoảng 15cm /s, tốc độ máy khuấy P P 20 -30 vòng /phút Thời gian phản ứng thiết bị khoảng - tới mức pH = (TCCA) hc pH= (DCCA) Sau kết thúc phản ứng, dung dịch tháo từ từ xuống thiết bị lọc chân không thùng quay 10, sản phẩm sau lọc đưa vào khay tráng men để đưa vào sấy chân không 12 Nước thải hút sang thiết bị trung gian 11 sau chứa thùng chứa nhựa để làm dung dịch tẩy rửa Sản phẩm sấy chân không áp suất 30-50 mmHg, nhiệt độ sấy từ 80-100 C Thêi gian sÊy kho¶ng P P 2-3 giờ, sản phẩm khô cần phẩi có hàm ẩm