Quy trình tổng hợp Acetandehyt

Quy trình tổng hợp Acetandehyt.

ti : Quy trỡnh sn xut Axetandehyt. GVHD : Nguyn Th Hng Anh*************************************************************MC LCPHN A : C S L THUYT .5I.Gii thiu v sn phm .5II.Nguyờn liu sn xut axetandehyt 61. AXETYLEN .61.1.Tính chất của axetylen .61.1.1.Tính chất vật lý 6 1.1.2.Tính chất hóa học 11 1.1.2.a. Đặc điểm cấu tạo của phân tử axetylen .11 1.1.2.b. Các phản ứng quan trọng trong công nghiệp .12 1.1.2.c. Các phản ứng khác 191.2. Phơng pháp sản xuất axetylen .202. ETYLEN .212.1 Tính chất của etylen .212.1.1. Tính chất vật lý .21 2.1.2.Tính chất hóa học 222.2. Các phơng pháp sản xuất etylen .233.ETANOL 243.1. Tính chất của etanol .243.1.1. Tính chất vật lý .24 3.1.2. Tính chất hóa học .24Nhúm : 06 Trang Lp 08CDHH *************************************************************1 ti : Quy trỡnh sn xut Axetandehyt. GVHD : Nguyn Th Hng Anh*************************************************************3.2. Phơng pháp điều chế etanol .254. METANOL .264.1. Tính chất của metanol 264.1.1.Tính chất vật lý 26 4.1.2.Tính chất hóa học .264.2.Các phơng pháp sản xuất metanol .275.KH T NG HP 27 6.OXI 286.1.Tính chất của oxi 286.1.1.Tính chất vật lý 28 6.1.2.Tính chất hóa học .286.2.Phơng pháp tổng hợp oxi .297.AXIT SUNFURIC 297.1.Tính chất Axit sunfuric .297.1.1. Tính chất vật lý .29 7.1.2.Tính chất hóa học 297.2.Sản xuất H2SO4 30III. Tớnh cht Axetandehyt .311. Tính chất vật lý của axetandehyt 312. Tính chất hóa học .342.1.Phản ứng cộng 34 2.1.1. Phản ứng cộng H2O 34 2.1.2. Phản ứng cộng với ancol (rợu) 34Nhúm : 06 Trang Lp 08CDHH *************************************************************2 ti : Quy trỡnh sn xut Axetandehyt. GVHD : Nguyn Th Hng Anh************************************************************* 2.1.3.Phản ứng cộng với hợp chất amin và amoniac 36 2.1.4. Phản ứng cộng với hợp chất Natri bisunfit .38 2.1.5. Phản ứng cộng với andehyt và xeton .38 2.1.6. Phản ứng cộng với halogen hợp chất halogen .392.2. Phản ứng oxi hóa .402.3. Phản ứng khử 412.4. Phản ứng hỗn hợp .422.5. Phản ứng với hợp chất cơ Mg 422.6. Phản ứng polime hóa 432.7. Phản ứng với hợp chất PCl5 tạo hợp chất gemdihalogen 433. ng dụng của Axetandehyt 44PHN B : CC PHNG PHP SN XUT AXETANDEHYT .451.Sản xuất axetandehyt từ etanol .471.1. Dehidro hóa etanol 471.2. Sản xuất axetandehyt bằng cách oxi hóa etanol 481.3 K thut an ton 492. Sản xuất axetandehyt đi từ axetylen 502.1. quá trình hidrat hóa trực tiếp axetylen trong pha lỏng .51 2.1.1. Quá trình oxi hóa ớt (Hoechst) .51 2.1.2. Quá trình Chisso 52 2.1.3. Những yếu tố ảnh hởng đến quá trình hidrat hóa axetylen trong pha lỏng . .522.2C ch .57Nhúm : 06 Trang Lp 08CDHH *************************************************************3 ti : Quy trỡnh sn xut Axetandehyt. GVHD : Nguyn Th Hng Anh*************************************************************2.3. Sản xuất axetandehyt bằng cách hidrat hóa axetylen tiến hành ở pha khí . .592.4 K thut an ton 633. Sản xuất axetandehyt thông qua vinyl ete 644. Quá trình sản xuất axetandehyt thông qua etyliden diacetat .645. Sản xuất axetandehyt từ etylen .645.1.Oxi hóa trực tiếp etylen .645.2Cơ chế phản ứng 655.3. Công nghệ sản xuất axetylen từ etylen .69a. Các phơng pháp có thể sử dụng để sản xuất axetandehyt 69 b. Công nghệ một cấp .70 c. Công nghệ hai cấp 726. Đồng phân hóa oxit Etylen (EO) 777. Sản xuất axetandehyt đi từ nguồn C1 .788. Sản xuất axetandehyt đi từ hidrocacbon no 789. Đi từ khi tổng hợp (CO + H2) 7910. Sản xuất axetandehyt từ metanol, metyl acetat hoặc anhidrit axetic 8311. So sánh các phơng pháp sản xuất axetandehyt 8312. Cht lng 8513. Vn chuyn v bo qun .85Kt Lun 86Tài liu tham kho .88Nhúm : 06 Trang Lp 08CDHH *************************************************************4 ti : Quy trỡnh sn xut Axetandehyt. GVHD : Nguyn Th Hng Anh*************************************************************PHN A : C S L THUYT.I.Gii thiu v sn phm.Axetandehyt hay còn gọi là Etanal có công thức phân tử là CH3CHO, axetandehyt đợc phát hiện bởi Sheele vào năm 1774, khi ông thực hiện phản ứng giữa mangan đioxit có màu đen (MnO2) và axit sunfuric với rợu. Cấu tạo axetandehyt đợc Liebig giải thích vào năm 1835, ông đã tạo ra axetandehyt tinh khiết bằng việc oxi hóa rợu etylic với cromic và cũng đã xác định rõ tên gọi của sản phẩm này là "andehyt".Axetandehyt là một chất lỏng, có nhiệt độ sôi thấp, nó là một chất lỏng có khả năng bắt lửa cao, có mùi hơi cay. Do có khả năng phản ứng hóa học cao, nên axetandehyt là một sản phẩm hóa học trung gian vô cùng quan trọng trong công nghệ hữu cơ, từ nó có thể sản xuất ra các hợp chất nh axit axetic, anhidric axetic, etyl acetat, axit peracetic, rợu butylic 2-ety- haxanol, penta- etythritol, muối clorua axetandehyt , glyoxal, akyl amin piridin và nhiều chất khác.Axetandehyt đợc sử dụng trong thơng mại đầu tiên là việc sản xuất ra axetal thông qua axit axetic, giữa những năm 1914 đến năm 1918. ở Đức và ở Canada. Axetandehyt là một chất trong quá trình trao đổi chất của thực vật và động vật, trong đó axetandehyt có khả năng tách ra với số lợng nhỏ.Số lợng lớn của axetandehyt có liên quan đến nhiều quá trình sinh học, nó cũng là chất quan trọng nhiều quá trình lên men rợu, axetandehyt cùng có mặt một lợng ít trong đồ uống nh bia, rợu, các rợu mạnh, nó cũng đợc tách ra từ nớc ép trái cây, dầu ăn, cà phê khô, khói thuốc lá. Nhiều quá trình sản xuất axetandehyt mang tính thơng mại nh dehydro hóa hoặc là oxi hóa rợu etylic, quá trình hợp nớc của axetylen oxi hóa từng phần của các hidrocacbon và oxi hóa trực tiếp của etylen. Vào những năm 1970, công suất của quá trình sản xuất theo phơng pháp oxi hóa Nhúm : 06 Trang Lp 08CDHH *************************************************************5 ti : Quy trỡnh sn xut Axetandehyt. GVHD : Nguyn Th Hng Anh*************************************************************trực tiếp trên thế giới 2 x 106 tấn/năm. quá trình oxi hóa trực tiếp etylen bây giờ chỉ còn ở Mỹ và Nhật Bản. Nó đợc sản xuất chủ yếu ở Celanese và hãng Eastman (USA), hãng Wacker - Chemic và hãng Hoechst (Đức) xà hãng Aldehyde Co., Kyo-Wa Yuka Co., Mitsubishi Chemical Industries, Chisso Corp., Sumitomo, Showa Denko, Mitsui (Nhật Bản), Montedison (Italia), Lonza (Thuỵ Điển) hãng pemax (Mexico). Năng suất của quá trình sản xuất axetandehyt bằng cách oxi hóa trực tiếp từ etylen, tăng lên từ năm 1960, tuy nhiên axetandehyt đợc chấp nhận bởi một số nhà máy khác bởi vì axetandehyt đợc xem là chất trung gian cần thiết cho các chất hữu cơ khác, các chất hữu cơ này là sự chuyển mạch từ quá trình oxi hóa trên hoặc từ các dẫn xuất của axetandehyt , hầu hết là từ than đá và từ cơ sở Hidrocacbon C1, một xu hớng là tiếp tục phát triển quá trình từ C1. Sự tiêu thụ axetandehyt những năm gần đây đã giảm dần, do ngày nay có nhiều quá trình sản xuất ra dẫn xuất của axetandehyt đã đợc phát triển nh là quá trình của Oxo cho ta rợu butylic cùng với 2-ethyl hexanol, quá trình của hãng Mohsanto cho ta axit axetic. Tuy nhiên axetandehyt vẫn đợc coi là chất trung gian khá quan trọng trong tổng hợp hữu cơ. Việt Nam, ngành công nghiệp dầu khí đang ngày càng phát triển tạo ra một nguồn nguyên nhiên liệu dồi dào cho các nghành công nghiệp khác, đặc biệt là nghành tổng hợp hữu cơ, từ đó tổng hợp đợc vô số các hợp chất hóa học phục vụ cho đời sống. Với đồ án này nhiệm vụ của em là Thiết kế phân xởng sản xuất acetaldehyd. Với nguyên liệu là axetylen. Axetylen có thể sản xuất ra từ nhiều quá trình chế biến khác nhau nh từ than đá hoặc dầu khí. Từ đó ta có thể tổng hợp ra axetandehyt để phục vụ cho ngành khác nh: dợc phẩm, thuốc nhuộm, thuốc trừ sâu phục vụ cho nền công nghiệp nớc nhà góp phần công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nớc .II.Nguyờn liu sn xut axetandehyt.1. AXETYLEN:1.1.Tính chất của axetylen:Nhúm : 06 Trang Lp 08CDHH *************************************************************6 ti : Quy trỡnh sn xut Axetandehyt. GVHD : Nguyn Th Hng Anh*************************************************************1.1.1.Tính chất vật lý:Hai nguyên tử cacbon của phân tử axetylen ở trạng thái lai hóa sp, chúng liên kết với nhau bằng một liên kết xích ma () và hai liên kết . Mỗi nguyên tử cacbon còn một liên kết xích ma () với nguyên tử H. Độ dài của liên kết này giảm dần theo thứ tự sau: etan, etylen, axetylen.Bảng1: Độ dài các liên kết ChtLiên kết Etan Etylen AxetylenH-C 110,2 108,6 105,9C-C 154,3 133,7 120,7Tuy nhiên, theo thứ tự đó thì xu hớng hút electron của nguyên tử cacbon lại tăng (etan <etylen <axetylen). Điều này giải thích tính axít của nguyên tử H trong phân tử axetylen, mà có thể thay thế bằng ion kim loại (M+) để tạo thành axetilua kim loại MHC2 hoặc M2C2. Tính axít của nguyên tử H (pKa = 25) còn đợc thể hiện ở khả năng phản ứng mạnh với các dung dịch bazơ. Đây là phản ứng quan trọng trong quá trình thu hồi axetylen. ở điều kiện thờng axetylen là chất khí không màu, không độc nhng có khả năng gây mê. Axetylen tinh khiết có mùi hơi ngọt, mùi tỏi của axetylen là do axetylen đợc sản xuất từ cacbua canxi có lẫn tạp chất PH3, H2S, NH3, arsenic (AsH3) hoặc silicon hidrit. Những hằng số vật lý cơ bản của axetylen đợc đa ra trong bảng 2. Nhúm : 06 Trang Lp 08CDHH *************************************************************7 ti : Quy trỡnh sn xut Axetandehyt. GVHD : Nguyn Th Hng Anh*************************************************************Bảng 2: Những hằng số vật lý cơ bản của axetylenNhững hằng số vật lý cơ bản của axetylen Khối lợng phân tử (M) Giá trị điểm 3 T P Nhiệt nóng chảy Nhiệt bay hơi Các đại lợng tới hạn Tr Pr r Điểm nóng chảy ở 101,3kPa Điểm thăng hoa ở 101,3kPa khí lỏng(181,1K) Tính chất ở 273,15K và 101,3 kPa: + khí + Nhiệt dung riêng (Cp ) + Nhiệt dung riêng (Cv ) + Cp/ Cv + Độ nhớt động học + Độ dẫn nhiệt + Tốc độ truyền âm + Hệ số nén + Entropy + Entanpy26,038 Kg/Kmol192,6 K (-80,40C)128,2 kPa5,585kJ/mol15,21kJ/mol308,85K6,345Mpa0,231g/cm3192,15K(-80,850C)189,55K(-83,450C1,729.10-3 g/cm3 0,729 g/cm31,729.10-3g/cm342,7J.mol-1.K-134,7J.mol-1.K-11,239,43à.Pa.S0,0187 W/m.K341 m/s0,99098,32 kJ/mol197 J/mol.K Quá trình tạo thành axetylen cần cung cấp một lợng nhiệt lớn: 2C + H2 C2H2 (1); Hf = +226,90 kJ/mol tại T= 298,15K. nhiệt độ phòng và áp suất khí quyển axetylen không phân hủy. Khi áp suất vợt quá áp suất khí quyển thì sự phân hủy bắt đầu xảy ra. axetylen lỏng có thể Nhúm : 06 Trang Lp 08CDHH *************************************************************8 ti : Quy trỡnh sn xut Axetandehyt. GVHD : Nguyn Th Hng Anh*************************************************************bị phân hủy bởi nhiệt, va chạm và xúc tác. Vì vậy, không đợc hóa lỏng để vận chuyển và tồn chứa. axetylen rắn ít bị phân hủy hơn nhng rất không ổn định và nguy hiểm. Độ tan của axetylen trong nớc và các dung môi hữu cơ là rất quan trọng trong vận chuyển phân tách và tinh chế. Những giá trị cụ thể cho ở bảng 3.Bảng 3: Hệ số tan của axetylen trong một số dung môi(áp suất riêng phần của C2H2 0,1 Mpa )Dung môi T0, C Hệ số tan, mol.kg-1.bar-1MetanolEtanolAxetandehyt Metyl formateMetyl acetatEtylen glycolHexanCyclohexanBenzenTetraclorua cacbonHexametylphotphoric diamitTetrametylureDimetylsunfoxitDimetylaxetamit-7602525-70025252525252525252025252519,201,070,620,3131,702,141,320,890,910,130,150,110,250,072,331,141,471,14Bảng 4: Đa ra những giá trị độ hòa tan của axetylen và một số hidrocacbon C1ữ C3 trong O2 lỏng ở 90K.Nhúm : 06 Trang Lp 08CDHH *************************************************************9 ti : Quy trỡnh sn xut Axetandehyt. GVHD : Nguyn Th Hng Anh*************************************************************Hợp chất Độ hòatan, % molCH4C2H6C2H4C2H2C3H8C3H69812,82,05,6.10-40,980,36Độ tan của axetylen trong O2 lỏng và N2 lỏng thay đổi theo nhiệt độ đợc mô tả theo phơng trình sau: Dung môi N2 lỏng: 49,9.051,0log = Tx Dung môi O2 lỏng:73,8.039,0log = Txaxetylen có thể đợc làm giàu từ hỗn hợp hidrocacbon C2 bằng chng nhiệt độ thấp. Để tránh phân hủy thì nồng độ trong dòng hơi của axetylen không vợt quá 42% phần khối lợng.Dới áp suất (P > 0,5 Mpa, T = 00C) axetylen và nớc (H2O) tạo thành tinh thể C2H2(H2O)5,8. Nếu có mặt axeton sẽ tạo thành tinh thể [C2H2]2. [(CH3)2CO]. [H2O]17.Hệ số tự phân tán của axetylen ở 250C và 0,1 Mpa là 0,133 cm2.s-1. Hệ số phân tán tơng hỗ ở 00C và 0,1 MPa trong hỗn hợp với He, Ar, O2 và không khí lần lợt là 0,538 ; 0,141; 0,188 và 0,191 cm2.s-1.axetylen hấp phụ trên C* hoạt tính (than hoạt tính), SiO2và Zeolite. axetylen cũng hấp phụ trên bề mặt một số kim loại và thủy tinh.Khi cháy axetylen tỏa ra một lợng nhiệt lớn. Khả năng sinh nhiệt của axetylen bằng 13,387 Kcal/m3. Do đó ngời ta thờng dùng axetylen để cắt hàn kim loại. Khi phân hủy axetylen có thể xảy ra phản ứng nổ và nhiệt độ lên đến 2800 0C. C2H2 2C + H2 ; H0298= -54,2 Kcal/mol.Nhúm : 06 Trang Lp 08CDHH *************************************************************10 [...]... thiên nhiên hay là từ khí đồng hành Khí tổng hợp đợc sử dụng khá rộng rãi trong quá trình tổng hợp hữu cơ Tuỳ theo yêu cầu sản phẩm, mục đích sử dụng quá trình oxi hóa không hoàn toàn thành khí tổng hợp Các quá trình cơ bản tổng hợp metanol: - Quá trình chuyển hóa bằng hơi nớc: Đây là một quá trình tổng hợp công nghệ đợc sử dụng rất phổ biến trong quá trình tổng hợp metanol và amoniac Tỷ lệ H2O và CH4... còn có CO2 và H2O Nhiệt độ của quá trình phản ứng 1000 - 11000C quá trình nhiều khi không cần sử dụng đến xúc tác - Quá trình chuyển hóa có xúc tác: Quá trình dựa trên cơ sở phản ứng giữa khí thiên nhiên, hơi nớc và oxi quá trình này yêu cầu áp suất cao hơn quá trình chuyển hóa bằng hơi nớc, tiêu tốn năng lợng thấp hơn cho quá trình nén và có thể sử dụng ngay cho tổng hợp metanol 6.OXI 6.1.Tính chất của... cộng hợp vào axetylen quá trình cộng hợp I 2 vào axetylen kết thúc khi tạo thành 1,2- diiotetylen Hidro hóa: Axetylen có thể hidro hóa một phần hoặc hoàn toàn, với sự có mặt của xúc tác Pt, Ni, Pd, cho etylen (C2H4) hoặc etan (C2H6) Hợp chất silicon hữu cơ: quá trình cộng hợp silant, nh HSiCl3, có thể tiến hành trong pha lỏng sử dụng Pt hoặc hợp chất Pt làm xúc tác CH2=CH-SiCl3 HCCH + HSiCl3 Quá trình. .. để sản xuất metanol là đi từ khí tổng hợp 5.KH TNG HP Nhúm : 06 Trang 27 Lp 08CDHH ************************************************************* ti : Quy trỡnh sn xut Axetandehyt GVHD : Nguyn Th Hng Anh ************************************************************* Khí tổng hợp là khí mà phần của nó là CO và H2 Khí tổng hợp đợc điều chế chủ yếu từ khí than đá ( quá trình khí hóa than đá) và từ khí... ************************************************************* ti : Quy trỡnh sn xut Axetandehyt GVHD : Nguyn Th Hng Anh ************************************************************* - Tác dụng với phi kim - Tác dụng với các hợp chất khác 6.2.Phơng pháp tổng hợp oxi Trong phòng thí nghiệm oxi đợc tổng hợp dựa vào quá trình nhiệt phân các chất giàu oxi (KMnO4) Trong công nghiệp điều chế oxi dựa vào quá trình chng phân đoạn không khí lỏng,... CHCl - Phản ứng trùng hợp và tautome hóa nCH2= CH2 (- CH2- CH2-)n 2.2 Các phơng pháp sản xuất etylen: Ta biết ngày nay etylen dần dần thay thế axetylen trong nhiều quá trình tổng hợp hữu cơ Etylen với những ứng dụng của nó, mà ngày nay công nghệ tổng hợp ra etylen rất phong phú Trong công nghiệp, etylen có thể thu đợc từ khí than cốc Ngày nay, ngời ta chủ yếu thu khí etylen từ quá trình chng cất dầu... nghiệp hóa học Cho nên trên thế giới có rất nhiều công nghệ dùng để sản xuất metanol Phơng pháp cổ điển nhất là phơng pháp tổng hợp metanol từ quá trình chng cất gỗ Ngày nay ngời ta tổng hợp metanol bằng phơng pháp hiện đại hơn nh là: Tổng hợp metanol từ hidro các cabon oxit Phơng trình phản ứng xẩy ra nh sau: CO + 2H2 CH3OH Tỷ lệ CO và H2 là 2 : 1 theo thể tích, xúc tác trong phơng pháp này là oxit đồng,... xúc tác O O O transs Với xúc tác thích hợp axetylen có thể phản ứng với chính nó sđể tạo thành quá trình vòng hóa và polime hóa của axetylen: O vòng và polime thẳng quá trình vòng hóa đầu tiên đợc Berthelot thực hiện ông đã tổng hợp ra hợp chất thơm và naphtalen từ axetylen Vào năm 1940, Reppe đã tổng hợp đợc 1,3,5,7-xiclooctatraene với hiệu suất 70% ở áp suất thấp 4HC CH + các sản phẩm phụ Nhiệt độ... Ngoài ra cũng có thể thay thế CO bằng CO2 Trong phản ứng tổng hợp metanol CO2 + 3H2 CH3OH + H2O Metanol cũng có thể đợc điều chế bằng cách oxi hóa trực tiếp metan CH4 + 1/2O2 CH3OH Tỷ lệ CH4/O2 = 9 : 1 theo thể tích, xúc tác sử dụng trong quá trình này là Cu, áp suất sử dụng trong quá trình là 100atm, nhiệt độ ở 1000C Các phản ứng xẩy ra trong quá trình này là đều tỏa nhiệt Do đó ta cần khống chế ở nhiệt... theo sơ đồ công nghệ đơn giản hơn, lò phản ứng nhỏ nhng năng suất vẫn lớn vốn đầu t không cao Kết hợp với việc sử dụng hiệu quả (tận dụng hợp lý) các sản phẩm thu đợc trong quá trình nhiệt phân cho phép hạ giá thành sản phẩm axetylen Tuy quá trình đi từ nguyên liệu hidrocacbon có năng suất lớn, thích hợp trong công nghiệp nhng sản xuất axetylen từ canxi cacbua vẫn giữ vai trò nhất định của nó trong . cho các nghành công nghiệp khác, đặc biệt là nghành tổng hợp hữu cơ, từ đó tổng hợp đợc vô số các hợp chất hóa học phục vụ cho đời sống. Với đồ án này. thích hợp axetylen có thể phản ứng với chính nó để tạo thành vòng và polime thẳng. quá trình vòng hóa đầu tiên đợc Berthelot thực hiện. ông đã tổng hợp ra hợp