Hóa học và công nghệ sản xuất dimetyl terephtalat và axit terephtalic

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ HĨA HỌC BỘ MƠN TỔNG HỢP HỮU CƠ HĨA DẦU • HĨA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT DIMETYL TEREPHTALAT VÀ AXIT TEREPHTALIC » GVHD: PGS TS TRẦN CÔNG KHANH SINH VIÊN: NGUYỄN HỮU THANH PHAN THANH NHƠN Lời nói đầu • Bài tiểu luận hóa học cơng nghệ sản xuất Dimetyl terephtalat(DMTP) axit terephtalic (ATP) hoàn thành nhờ giúp đỡ thầy giáo PGS TS Trần Công Khanh thầy cô giáo mơn tổng hợp hữu hóa dầu bạn lớp Qua tiểu luận giúp cho chúng em hiểu sâu sắc tính chất, đặc điểm khả sử dụng thực tế ATP DMTP, tiếp cận với công nghệ đại tiến tiến giới như: Amoco, witten…vì thời gian có hạn tiểu luận chắn chắn có nhiều thiếu sót Vì chúng em mong thầy giáo bạn sinh viên lớp góp ý giúp chúng em khắc phục thiếu sót Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Trần Công Khanh Kính chúc thầy sức khỏe để tiếp tục cống hiến cho nghiệp giáo dục nước nhà sau tiểu luận chúng em Giới thiệu • Axit terephtalic(ATP) có tên theo danh pháp IUPAC 1,4-benzendicacboxylic phương pháp công nghiệp phổ biến để sản xuất ATP dựa sở oxy hóa p-xylen Có nhiều thử nghiệm tiến hành để đa dạng hóa ngun liệu cho q trình làm giảm tác động giá thành nguyên liệu lên giá sản phẩm Đặc biệt q trình chuyển hóa o-xylen toluen Tuy nhiên cơng nghệ nầy cịn hạn chế cơng nghệ phức tạp thiếu tính chọn lọc • ATP dùng để sản xuất polyeste bão hòa với monome etylenglycol HO-CH2-CH2-OH + n HOOC-C6H4-COOH HO-CH2-(OOCC4H6-COO-CH2-CH2-)n +n H2O Đồng thời với trình sản xuất ATP người ta sản xuất este Dimetyl terephtalat(DMTP) 2.Tính chất vật lý ATP khơng nóng chảy mà thăng hoa 402 0C, khối lượng phân tử 166,13đvc Tính hịa tan thấp gần khơng hịa tan dung mơi có tính ổn định cao DMTP có khối lượng phân tử 194,19đvc, nóng chảy nhiệt độ 140,60C sơi 2480C tan tốt metanol nóng Do tách sản phẩm cách cho tiếp xúc ngược chiều với metanol sau ly tâm tách sản phẩm Qúa trình oxy hóa p-Xylene ngun liệu cho trình sản xuất ATP DMTP Những chất xúc tác điều kiện oxi hóa phát triển cho q trình oxy hóa định lượng nhóm metyl, vịng benzen thực tế khơng tác động đến Những chất xúc tác hợp chất Co, Mn, Br Oxy chất oxy hóa tất q trình Axit axetic dung mơi phản ứng a Sự ơxi hóa p-xylen HNO3 • Phản ứng : C6H4(CH3)2+4HNO3 C6H4(COOH)2+4NO+4H2O • H298=-750 Kj/mol • ĐKPƯ: T=165°C, P=1Mpa • Phản ứng dị thể pha lỏng để đảm bảo vận tốc q trình độ chuyển hóa cao cần dùng thiết bị phản ứng loại thùng có khuấy • Đặc điểm: • ATP tạo thành không tan, tách li tâm chuyển thành DMTP 150°C, xúc tác trình H2SO4 • Hiệu suất tổng cộng đạt 90% • Cần thiết phải thu hồi NO tái sinh HNO3để đảm bảo vấn đề kinh tế môi trường : NO+1/2O2 NO2 • 4NO2+O2+2H2O 4HNO3 • Đây cơng nghệ cũ Du Pont, BASF : nên có độ ăn mịn cao, hợp chất nitơ có lẫn hỗn hợp sản phẩm nên khó tinh chế cơng nghệ dừng sản xuất năm 1970 b Oxy hóa p-xylen SẢN XUẤT • Ngun DMTP theo tắc.cơng nghệ WITTEN Trong q trình oxy hóa nhóm metyl p-xylen tạo nên axit p-toluic dể dàng trình oxy hóa hai nhóm metyl cịn lại khó nhiều Trong công nghệ witten, Dynamit Nobel Hercules thiết kế, lý thuyết trình diễn qua giai đoạn oxy hóa este hóa ln phiên: • Oxy hóa p-xylen khơng khí để tạo thành axit p-toluic CH3 COOH + 3O2 CH3 + H2O H0298 = -690 KJ/mol CH3 Este hóa axit p-toluic metanol tạo p-metyl toluat: COOH COOCH3 + CH3OH CH3 + H 2O H0298 = -30 KJ/mol CH3 Oxy hóa nhóm metyl cịn lại để tạo thành metyl terephtalat: COOCH3 COOCH3 + O2 2 + H 2O H0298= -675 KJ/mol COOH CH3 Este hóa hợp chất nầy thành dimetyl terephtalat: COOCH3 COOCH3 + CH3OH CH3 + H2O COOCH3 H0298= -30 KJ/mol Sản xuất công nghiệp : thực tế dây chuyền sản xuất axit terephtalic công nghiệp chia làm phần: oxy hóa, este hóa tinh chế Sơ đồ cơng nghệ q trình witten sản xuất axit terephtalic từ p-xylen phương pháp oxy hóa este hóa liên tiếp Phần oxy hóa: nguyên liệu p-xylen p-xylen tuần hoàn p-metyl toluat dẫn vào thiết bị phản ứng đặt nối tiếp chứa sẳn xúc tác coban naphtalen Khơng khí xục vào từ đáy tháp Quá trình phản ứng xảy 0,4÷0,7 MPa, 140÷170 0C Nhiệt phản ứng tách nhiệt trình trì ổn định nhờ bay pxylen dư Phần este hóa: thiết bị phản ứng đặt thành dãy nối tiếp Q trình chuyển hóa axit toluic metyl hydro terephtalat xảy đồng thời tạo thành este tương ứng xúc tác cho trình toluen sunfonic axit pha loãng metanol trước đưa vào thiết bị phản ứng Phản ứng este hóa xảy 200÷250 0C Phần tinh chế: dòng sản phẩm chuyển đến dãy tháp chưng cất Tháp 30÷35 đĩa phân tách hỗn hợp metanol/nước đĩnh sau sang tháp hydrat hóa 25÷30 đĩa, sản phẩm đáy chưng cất phân đoạn tách este điều kiện chân khơng phần 40÷45 đĩa Metyl toluat p-xylen dư đĩnh tháp tuần hoàn trở lại thiết bị phản ứng oxy hóa Dịng sản phẩm chứa ATP thô chưng cất lại áp suất chân không để loại bỏ sản phẩm nặng (20 đĩa) chuyển sang thiết bị kết tinh chân khơng (40÷50 KPa) sử dụng dung mơi metanol Q trình kết tinh thứ cấp rửa tiếp xúc ngược chiều với metanol kết thúc tồn q trình tinh chế Cuối DMTP ly tâm, nóng chảy loại bỏ metanol dư chưng chân khơng (30 đĩa) Hiệu suất tồn q trình tính theo p-xylen 87% Oxy hóa p-xylen sản xuất axit terephtalic theo công nghệ Amoco Sản phẩm q trình axit terephtalic có độ tinh khiết đáp ứng trình sản xuất sợi polyeste Công nghệ Amoco thiết kế hãng Mid Centery Conporation nhà máy đưa vào vận hành Mỹ năm 1958 kể từ đó, cơng nghệ nầy trở thành q trình cơng nghiệp phổ biến rộng rãi để sản xuất axit terephtalic Nguyên tắc P-xylen oxy hóa dung dịch axit axetic khơng khí khoảng nhiệt độ 175÷230 0C áp suất 1,5÷3 MPa Hệ xúc tác gồm axetat coban mangan chất khơi mào chứa brom (NaBr) Phản ứng tổng trình sau: CH3 COOH + 3O2 CH3 + H2O CH3 H0298= -1360 KJ/mol Đó kết chế phản ứng chuổi dẫn đến kết cuối tạo aldehyt bị oxy hóa nhanh thành axit cacboxylic Quá trình giã thuyết xảy sau: Khơi mào: NaBr + CH3COOH HBr + CH3COONa Phát triển mạch: HBr + O2 HO + Br CH3 CH2 + Br + CH3 CH3 CH2 CH2 OO HBr + O2 CH3 CH3 CH2 OO - CH2 OO + Co2+ + CH3 CH3 - CH2 OO CHO + OH- CH3 CH3 Co3+ CHO COOH + O2 CH3 CH3 Tải FULL (50 trang): https://bit.ly/3uF5Ae6 Dự phòng: fb.com/TaiHo123doc.net Co3+ + HBr Co2+ + Br + H+ Và trình hoạt hóa nhóm metyl thứ tiến hành tương tự Kết thúc: COO Tải FULL (50 trang): https://bit.ly/3uF5Ae6 Dự phòng: fb.com/TaiHo123doc.net CH3 COO CH2 Các sản phẩm khác + CH3 CH2 CH3 CH3 Sản xuất công nghiệp Sơ đồ q trình Amoco oxy hóa p-xylen sản xuất axit terephtalic tinh khiết 3839685 ... H0298= -30 KJ/mol Sản xuất công nghiệp : thực tế dây chuyền sản xuất axit terephtalic cơng nghiệp chia làm phần: oxy hóa, este hóa tinh chế Sơ đồ cơng nghệ q trình witten sản xuất axit terephtalic. .. theo p-xylen 87% Oxy hóa p-xylen sản xuất axit terephtalic theo cơng nghệ Amoco Sản phẩm trình axit terephtalic có độ tinh khiết đáp ứng q trình sản xuất sợi polyeste Công nghệ Amoco thiết kế... Bài tiểu luận hóa học công nghệ sản xuất Dimetyl terephtalat( DMTP) axit terephtalic (ATP) hoàn thành nhờ giúp đỡ thầy giáo PGS TS Trần Công Khanh thầy cô giáo mơn tổng hợp hữu hóa dầu bạn lớp