Đang tải... (xem toàn văn)
Đề tài tiểu luận nhóm sinh viên Trường ĐHCN TP.HCM thực hiện. Tiểu luận nghiên cứu và nói rõ phương pháp sản xuất acetylen. Ứng dụng trong đời sống công nghiệp hiện đại.
` TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ HĨA HỌC TIỂU LUẬN: QUY TRÌNH SẢN XUẤT AXETYLEN GVHD:TS BẠCH THỊ MỸ HIỀN Lớp: ĐHHD7LT Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2012 DANH SÁCH NHÓM SINH VIÊN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ THIẾT BỊ TPR Họ Tên STT MSSV LÂM THÀNH THÁI 11289841 TRƢƠNG THỊ NHƢ THẢO 11323921 NGUYỄN HOÀNG THÔNG 11288431 NGUYỄN THỊ PHƢƠNG THỦY 11286981 NGÔ TIÊN 11262941 BÙI THỊ THỜI TRANG 11302001 TRẦN THANH DŨNG 10374531 TRẦN TRỌNG HỮU 10338221 MỤC LỤC CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Khái quát axetylen: 1.2 Tính chất vật lý: 1.3 Tính chất hóa học: 1.4 Nhiệt động học trình tổng hợp axetylen 1.4.1 Nguyên liệu 1.4.2 Canxi cacbua: 10 1.5 Năng lƣợng 10 1.6 Thời gian phản ứng 11 CHƢƠNG 2: QUY TRÌNH SẢN XUẤT AXETYLEN 12 2.1 Sản xuất axetylen 12 2.2 An toàn việc xử lý bụi vụn đất đèn 15 2.3 Sản xuất acetylen từ hydrocacbon – Quá trình cấp nhịêt trực tiếp 16 2.4 Các trình plasma 19 2.5.2 Công nghệ Kureha: .23 2.5.3 Sản xuất axetylen ỳƣ hydrocacbon – Quá trình tự nhiệt 24 2.5.4 Các q trình cơng nghiệp 25 2.5.6 Chiết axetylen từ phân đoạn cracking C2 .28 CHƢƠNG 3: LÀM SẠCH VÀ LÀM KHÔ ACETYLENE 30 3.1 Làm axetylen 30 3.1.1.Tạp chất C2H2 30 3.1.2 Sự cần thiết phải làm Acetylene 30 3.1.3 Các chất làm Acetylen 31 3.2 Làm khô C2H2 33 3.2.1 Sự cần thiết phải làm khô C2H2 33 3.2.2 Làm khô Canxi clorua(CaCl2) 34 3.2.3 Khử ẩm đất đèn 34 3.2.4 Làm khô Acetylen phƣơng pháp khác 35 3.3 Nạp acetylen vào chai 35 3.3.1 Chất xốp chai C2H2 36 3.3.2 Vỏ chai axetylen 38 CHƢƠNG 4: ỨNG DỤNG VÀ AN TOÀN 39 4.1 Về an toàn: 39 4.2 Sử dụng 40 CHƢƠNG 5: CẤU HỎI 44 1.Tại khơng xây lị sản xuất đất đèn khu vực đơng dân? 44 Vì đốt axetilen nhiệt lƣợng tỏa cao ? 44 Vì bề dày vỏ bình (7mm ) axetylen nạp đƣợc đến 2atm cịn với Oxy nạp đến 15 atm mà không bị nổ? 45 Vì nạp axetylen khơng đƣợc nạp nhanh mà phải nạp từ từ ? 45 Từ axetilen chất vô ngƣời ta điều chế đƣợc poli (vinyl ancol) q trình điều chế thiết phải thông qua chất trung gian là: 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO 46 DANH MỤC BẢNG BIỂU Hinh 2.1 Lò cacbua canxi 13 Hình2.2 Qúa trình sản xuất axetylen từ cacbua canxi 14 Hình 2.3: Lị hồ quang điện sử dụng để sản xuất axetylen theo công nghệ Hiils 17 Hình 2.4 Sản xuất axetylen từ hydrocacbon theo cơng nghệ lị hồ quang điện 19 Hình 2.5 Lị phản ứng Wulff 20 Hình 2.6: Sơ đồ q trình sản xuất axetylen theo cơng nghệ Wulff 22 Hình 2.7: Sơ đồ cơng nghệ Kureha sản xuất axetylen 23 Hình 2.8: Cơng nghệ BASF tự nhiệt sản xuất axetylen 26 Hình 2.9 Công nghệ Hoechst HTP tự nhiệt sản xuất axetylen etylen 27 Hình 2.10 Sơ đồ buồng đốt lửa chìm BASF 28 Hình 2.11 Chiết axetylen từ phân đoạn C2 sản phẩm cracking 29 CHƢƠNG GIỚI THIỆU Acetylene đƣợc phát năm 1836 Edmund Davy xác định nhƣ "hổn hợp có cacbua hydro" Nó đƣợc phát vào năm 1860 nhà hóa học ngƣời Pháp Marcellin Berthelot, ngƣời đặt tên "acetylene" Berthelot chuẩn bị khí cách truyền hợp chất hữu (methanol, ethanol, vv…) thông qua ống màu đỏ nóng thu nƣớc thải Ơng tìm thấy axetylen đƣợc hình thành cách phát tia lửa điện qua cyanogen hỗn hợp khí hydro Berthelot sau thu đƣợc axetylen trực tiếp cách qua hydro cực vòng carbon Axetylen ngày hôm chủ yếu đƣợc sản xuất q trình đốt cháy phần khí mê-tan, xuất nhƣ sản phẩm phụ dòng ethylene từ nứt hydrocarbon Khoảng 400.000 đƣợc sản xuất theo cách năm Sự diện ethylene thƣờng không mong muốn nhân vật nổ khả để đầu độc chất xúc tác Ziegler-Natta Nó đƣợc chọn lọc hydro hóa vào ethylene, thƣờng cách sử dụng chất xúc tác Pd-Ag Cho đến năm 1950, giá dầu thay than đá nguồn carbon, axetylen (và phản ứng thơm hoá từ nhựa than đá) hóa chất hữu cơng nghiệp hóa chất Nó đƣợc đem phản ứng cách thủy phân đất đèn, phản ứng phát Friedrich Wöhler năm 1862 quen thuộc với học sinh: CaC2 + 2H2O → Ca(OH)2 + C2H2 Axetylen nguồn ngun liệu cho cơng nghiêp hóa chất trƣớc phát dầu mỏ phƣơng pháp truyền thống để sản xuất axetylen từ cacbua canxi, tạo thành từ q trình tƣơng tác cốc với vơi nhiệt độ cao Tuy nhiên, trình ngày trở nên khơng kinh tế chi phí lƣợng q lớn vậy, sản xuất axetylen theo phƣơng pháp cacbua canxi tập trung vùng có trữ lƣợng than lớn giá điện rẻ Thay vào đó, q trình hồ quang điện kèm theo oxy hóa khơng hồn tồn khí tự nhiên phân hủy nhiệt metan hydrocacbon khac đƣợc nghiên cứu thiết kế đƣa vào phục vụ sản xuất quy mơ cơng nghiệp Bên cạnh đó, dòng sản phẩm olefin chứa 0,1 + 0,8% axetylen, tùy thuộc nguồn nguyên liệu điều kiện cracking, đƣợc xem nhƣ nguồn cung cấp axetylen Cùng với phát triển mạnh mẽ cơng nghiệp hóa dầu, nhu cầu axetylen giảm nhanh chóng sẳn có với giá trị thấp etylen sản xuất từ naphtha olefin khác Tuy nhiên, axetylen tiếp tục đƣợc sử dụng làm nguyên liệu cho tồng hợp hóa dầu nhờ khả chuyển hóa cao nó, với công nghệ đƣợc thử nghiệm, q trình chuyển hóa khơng tạo sản phẩm phụ Một yếu tố củng góp phần vào việc trì sử dụng axetylen, phần lớn axetylen đƣợc sản xuất từ nhà máy cũ có vốn đầu tƣ thấp nên giá thành sản phẩm giảm đáng kể 1.1 Khái quát axetylen: Acetylene với ký hiệu hóa học H2C2 hydrocarbon bao gồm hai nguyên tử hiđrô hai nguyên tử cacbon Cây Acetylene lớn hay nhỏ kích thƣớc hệ thống tạo axetylen nguyên chất, đƣợc sử dụng cho mục đích khác cơng nghiệp Một khí dễ bắt lửa với mùi đặc trƣng, axetylen không màu Sau đƣợc nén khí, hố lỏng, pha trộn với khơng khí nóng, trở thành nổ Đối với mục đích thƣơng mại, axetylen đƣợc sản xuất từ số nguyên vật liệu khác tùy thuộc vào trình áp dụng Sản xuất xử lý khí nhà máy khí cần phải đề phịng đầy đủ đặc biệt 1.2 Tính chất vật lý: Axetylen dạng tinh khiết chất khí không màu, không mùi, không độc Tuy nhiên thực tế axetylen có mùi tỏi có mặt tạp chất Nó có khả hịa tan axeton, etanol, nƣớc nhiều dung môi phân cực Khi cháy, axetylen tạo lữa nóng có muội Đây hợp chất khơng bền, phân hủy nổ áp suất riêng phần hỗn hợp 0,14 MPa Trong số tất hydrocacbon, axetylen hợp chất hình thành từ phản ứng thu nhiệt lớn Bảng 5.1 đƣa số thông số kỹ thuật axetylen Bảng Các thông số kỹ thuật axetylen Thông số Đơn vị Giá trị Khối lƣợng phân tử đvc 26,04 Nhiệt độ nóng chảy C -80,85 Nhiệt độ chuyển tinh thể o C -140,15 Giới hạn nổ khơng khí % thể tích Dƣới 2,5 Trên 81,5 Tỷ trọng hơi(khơng khí =1) 0,91 Khả hoà tan axetylen dung mơi lớn nhiều so với hydrocacbon khí khác Độ hòa tan axetylen nƣớc phụ thuộc vào nhiệt độ, nhiệt độ lớn độ hoà tan giảm Tính chất hịa tan axetylen nƣớc dung môi quan trọng trình vận chuyển, phân tách Giới hạn phân hủy nổ axetylen rộng Với khơng khí 2081% thể tích C2H2 với oxi 2,878% thể tích C2H2 1.3 Tính chất hóa học: Phân tử axetylen chƣa bão hòa lƣợng tự dƣơng cao trình hình thành, axetylen có khả phản ứng với nhiều nguyên tố hợp chất Phân tử axetylen có chứa liên kết ba tạo thành liên kết liên kết Khi tham gia phản ứng hoá học, liên kết ba phân tử bị phá vỡ để tạo thành liên kết đôi hợp chất bão hồ Axetylen có khả tham gia phản ứng thế, phản ứng kết hợp, phản ứng trùng hợp a Phản ứng Axetylen tác dụng với kim loại nhƣ Cu, Ag, Ni, Hg, Co, Zn, .tạo thành axetylenic kim loại dễ nổ: CHCH + Na CHCNa + Na Na-CC-Na + H2 CHCH + Cu Cu-CC-Cu + H2 b Phản ứng trùng hợp Ở nhiệt độ 200 3000C, có bột đồng xúc tác, axetylen trùng hợp tạo thành Kypren: n CHCH [ -CH=CH- ]n Khi thổi axetylen qua dung dịch bão hoà CuCl2 xảy phản ứng dime tạo Vinyl axetylen: 2CHCH CH2=CH-CCH Dƣới tác dụng than hoạt tính, axetylen trùng hợp tạo thành benzen 3CHCH C6H6 c Phản ứng kết hợp - Axetylen tác dụng với H2 cho ta etylen Phản ứng tiến hành xúc tác Pd p = at t0 = 250/ 3000 C: CHCH + H2 CH2=CH2 H=-41,7 Kcal/mol - Khi có xúc tác oxit kẽm oxit sắt 360 4500 C, axetylen tác dụng với nƣớc tạo thành axeton: 2CHCH + 3H2O CH3-CO-CH3 + CO2 + 2H2 -Khi có xúc tác thuỷ ngân axetylen tác dụng với nƣớc nhiệt độ 75 1000 tạo thành axetaldehyl: CHCH + H2O H=-38,8 Kcal/mol CH3-CHO - Khi có mặt xúc tác axit dễ có mặt xúc tác kiềm 150 1600 C áp suất 10 at, axetylen tác dụng với rƣợu tạo nên ete: CHCH + R-OH CH2=CHOR -Axetylen tác dụng với sunfua hydro 1200 C tạo thành số hợp chất chứa lƣu huỳnh: CHCH + H2S CH2=CHSH (Vinyl mecaptan) H2 C2H5SH (etyl mecaptan) - Axetylen kết hợp với clo tạo thành tetra cloetan CHCH + Cl2 CHCl2- CHCl2 -Axetylen kết hợp với hydro clorua tạo thành vinyl clorua: CHCH + HCl - Cacbonyl hoá axetylen đƣợc axit acrylic: CH2=CHCl cơng suất lớn ngƣời ta dùng chất làm dạng lỏng để dễ tự - Chất Geratol rắn dùng cho dây chuyền sản xuất Acetyelene cơng suất nhỏ cơng suất lớn ngƣời ta dùng chất làm dạng lỏng để dễ tự động hố, khí hố b) Chất làm Axit sunphuaric H2SO4 Trong cơng nghiệp hố chất sử dụng Acetylen làm nguyên liệu tổng hợp chất hữu cơng nghiệp cần phải làm H3P khỏi Acetyelene ngƣời ta dùng H2SO4 làm chất khử Axít Sunfuaric đậm đặc đến nồng độ 86% hết tác dụng Phản ứng: 2H3P + H2SO4 (PH3)2SO4 (PH4)2SO4 + 5H2SO2 SO2 + H2O+2 H3PO3 Sản xuất Tấn Acetyelene tiêu thụ hết 60 Kg axit, thêm axit thuỷ ngân tăng hiệu suất trình khử làm giảm lƣợng tiêu tốn H2SO4 Lƣợng HgSO4 khoảng 0.0025-0.008% c) Chất làm axit Nitoric HNO3 Dùng HNO3 nồng độ 20-50% để khử H3P theo phản ứng: 4HNO3 + H3P 4HNO2 + H3PO4 Thực tế chứng minh cho khí C2H2 với 0.1% H3P qua dung dịch HNO3 30% làm đƣợc 12 lít Acetylene Nếu dùng Nitơrat bạc AgNO3 1% làm chất xúc tác lƣợng C2H2 làm 10-12m³/lit dung dịch HNO3 nồng độ 30% Phản ứng phụ : PH3 + 8AgNO3 + H2O 8Ag + H2PO4 + 8HNO3 Bảng 5: Thành phần chất làm axit nitoric HNO3: 32 Lƣợng dung dịch HNO3 30%, ml Thành phần AgNO3 dung dịch, % Thành phần H3P Thể tích C2H2 Acetylen, % đƣợc làm sạc, l 50 0.1 0.1 600 50 0.01 0.1 590 50 0.005 0.1 550 50 0.001 0.1 Làm không đạt yêu cầu Theo bảng cần thêm vào dung dịch axit HNO3 30% lƣợng AgNO3 0.005% đạt yêu cầu Lƣợng tiêu tốn nhƣ sau: 1m³ Acetyelene làm H3P từ 0.1 đến 0.02% cần 0.05 lít HNO3, pha thêm 0.005% AgNO3 Làm H3P từ 0.1 đến 0.01% cần 0.08lit HNO3 3.2 Làm khô C2H2 3.2.1 Sự cần thiết phải làm khô C2H2 Để giảm ăn mòn ống thiết bị sản xuất Acetylene Đối với việc sản xuất PVC, PVA dùng C2H2 làm ngun liệu Acetylen phải làm khơ trƣớc đƣa vào sản xuất Đối với C2H2 đóng chai hồ tan, lƣợng nƣớc có C2H2 làm giảm độ tan C2H2 Acetol cụ thể Acetol có 5% nƣớc độ hồ tan C2H2 giảm 17% Nếu C2H2 sau làm khơ cịn chứa 0.4g/m³ với 5m³ nạp chai 40 lit 33 có tổng cộng 2g nƣớc Một năm 15 lần nạp 30 g tổng số 14 Kg Acetylen chiếm 0.03/14*100 = 0.21% / năm chấp nhận đƣợc 3.2.2 Làm khô Canxi clorua(CaCl2) ƒ Hút nƣớc từ khí C2H2, CaCl2 khơng chuyển thành dung dịch mà có hidrat CaCl.H2O, CaCl2.2 H2O, CaCl2.4H2O, CaCl2.6H2O Bình sấy CaC gồm lớp với tổng độ cao khoảng 800-1000mm Lớp cuối CaC.6O dung dịch CaCl bão hoà, lên C2H2 dạng khan CaCl2 dạng cục đƣờng kính tối ƣu 12-15 mm, khơng nhỏ 6mm, nồng độ CaCl2 khoảng 66-70% Tiêu tốn CaCl2 để làm khô C2H2 khoảng 1.8-3.0 Kg 1Kg nƣớc hấp thụ Để giảm lƣợng tiêu hao CaCl đến 50% Acetylen đƣợc làm khơ sơ dung dịch CaCl2 16-20% cần đặt trƣớc bình thiết bị làm khơ bình cao khoảng 1m có chất đệm tƣới dung dịch CaCl2 16-20% Phƣơng pháp làm khô CaCl2 lƣợng ẩm nhiều so với phƣơng pháp khác nhƣng đơn giản, rẻ tiền, tiện lợi tiết kiệm 3.2.3 Khử ẩm đất đèn Ngƣời ta dùng đất đèn để khử ẩm C2H2 Độ ẩm cịn lại khoảng 0.03-0.08g/ m³.Mức độ làm khơ tăng với kích thƣớc đất đèn nhỏ + Thực tế độ hút ẩm đát đèn khoảng 80-100g nƣớc cho1 Kg đất đèn + Cần tính đến đặc điểm sau sử dụng đất đèn để làm chất khử ẩm: Độ cao lớp đất đèn không lớn 20mm , không có trở lực lớn.Vì dùng bình khử nhiều ngăn Vận tốc C2H2 qua bình khử vừa phải < 100 kg/m² lớn mang theo vôi vào máy nén 34 Nếu độ ẩm C2H2 lớn ( >20 g/m³) xảy phản ứng mãnh liệt đất đèn nƣớc làm cho nóng bình khử ẩm, cần làm mát cách tƣới nƣớc bình Phƣơng pháp hạn chế dùng thực tế đặc điểm lƣu ý trình khí hố khơng thực đƣợc 3.2.4 Làm khô Acetylen phƣơng pháp khác Hiện nguời ta dùng phƣơng pháp khác để làm khô Acetylen mà lại áp dụng biện pháp giảm chi phí lao động, ứng dụng khí hố, tự động hố dây chuyền a) Làm khơ H2SO4 đậm đặc Kết hợp làm Acetylen với làm khô Acetylen Axit sunphuaric H2SO4 đậm đặc > 98.5% b) Làm khô chất hấp phụ Các chất hấp phụ Silicagel, Zeolit, đất hoạt tính, axit nhơm hoạt tính Chất hấp phụ khử nƣớc triệt để nhất, dễ khí hố, thời gian thay lâu sau thời gian hoạt động chất hấp phụ đƣợc tái sinh lại để trở trạng thái ban đầu 3.3 Nạp acetylen vào chai Vận chuyển, bảo quản Acetylen dƣới áp lực chai áp lực bình thƣờng khơng đƣợc phép xảy q trình nổ phân huỷ C2H2 dƣới tác động lửa trực tiếp hay va đập mạnh Vì chai C2H2 đƣợc nạp chất xốp ngăn nổ phân huỷ C2H2 Acetol đƣợc dùng làm chất hoà tan Acetylen nằm lỗ rỗng chất xốp Nhƣ tác dụng chất xốp là: Ngăn chặn nổ phân huỷ Làm cho Acetylen phân bố chai cách chứa lỗ rỗng Tác dụng Acetol đảm bảo lƣợng C2H2 nạp vào chai lớn áp lực 35 thấp 3.3.1 Chất xốp chai C2H2 1) Yêu cầu kỹ thuật chất xốp chai C2H2 An toàn: chất xốp cần ngăn chặn chắn lửa nổ phân huỷ C2H2 chai áplực 25 at Nguồn phát lửa tạt lại lửa hàn hỗn hợp Oxy C2H2 đập mạnh, đốt nóng chai mỏ hàn,… Bền vững mặt hố học: Chất xốp khơng đƣợc tác dụng với Acetylen, hay vật liệu chai, phải bền vững vòng vài chục năm sử dụng Vật liệu làm chất xốp cần phải trung tính, khơng tạo nên biến đổi hố học với Acetol, không tạo nên chất xúc tác hỗn hợp Acetol- Acetylen kim loại Độ bền học: nạp, vận chuyển, bảo quản, sử dụng C2H2 chất xốp không đƣợc ngột, lún tạo thành chỗ rỗng hay tỷ trọng khơng xuất tƣợng làm giảm tính an tồn hiệu suất chất xốp Khối lƣọng nhỏ: chất xốp phải nhẹ, khơng đƣợc giảm thể tích chai tăng trọng lƣợng chung chai Acetylen Bền vững nhiệt Thể tích xốp lớn: làm tăng độ xốp chất xốp tăng khối lƣợng Acetylen nạp vào tăng dung lƣợng nạp chai, độ xốp khoảng (87-93%) Đảm bảo lƣợng khí C2H2 lấy ra: Chất xốp phải đảm bảo khả tách Acetylen nhanh khỏi Acetol thâm nhập nhiệt từ môi trƣờng ngăn chặn trình làm lạnh Acetol Acetylen lấy khí 2) Đánh giá độ xốp chất xốp chai Acetylen Độ xốp chất xốp đƣợc xác định tỷ lệ thể tích lỗ rỗng so với tổng thể tích chất xốp chai Độ xốp chất xốp khoảng 87%-93% 36 Cấu trúc lỗ rỗng chất xốp chia làm loại o Lỗ rỗng nhỏ với đƣờng kính lỗ rỗng 205Ă đến vài micromet Acetol thƣờng nằm lỗ rỗng trung gian lỗ rỗng lớn Với chất xốp có cấu trúc phần nhiều lỗ trung gian lỗ rỗng lớn chất xốp tốt, có độ xốp lớn 3) Một số chất xốp dùng Chất xốp đƣợc chia làm dạng: dạng hạt nện dạng nguyên khối - Chất xốp dạng hạt nện chặt làm vật liệu hạt bột nhƣ đất khuyếch tán, than hoạt tính, đá bọt, Silicagel, diatomít v.v hỗn hợp vật liệu ví dụ: o Ở Anh ngƣời ta dùng hỗn hợp than củi đất khếch tán tỷ lệ 85%/15% o Ở Đức chất xốp làm từ hỗn hợp 65% than củi, 23% đất khuếch tán, 12% 4MgCO3Mg(OH)2 5H2O o Liên xô (cũ) dùng chủ yếu than hoạt tính - Chất xốp nguyên khối đƣợc làm cách cho hỗn hợp chất với nƣớc dạng đặc sệt vào chai sau đốt nóng để nƣớc bay áp lực sấy khô đƣợc chất xốp > 80% Thành phần hỗn hợp chất xốp vơi sống CaO, SiO2, amiăng nƣớc Hiện chất xốp nguyên khối tốt có xốp cho khoảng 90-93% 4) Tái sinh chất xốp chai Acetylene Chai Acetylene sau thời gian sử dụng khoảng 10 năm chất xốp chai có nhiều nƣớc tích tụ nƣớc Acetylene trình sản xuất làm cho dung lƣợng nạp giảm nhiều 37 Ví dụ: 5% nƣớc chai C2H2 giảm dung lƣợng nạp Acetylene 17% Dung lƣợng nạp khí Acetylene chai cịn 2.5-2.8m³ cần phải tái sinh để phục hồi chức chất xốp cách sấy chai Sấy chai Acetylene thiết bị dây chuyền kết hợp với hút chân khơng để lƣợng nƣớc tích tụ chai hết Sau sấy chai dunglƣợng nạp tăng lên khoảng 5.5-6m³ 3.3.2 Vỏ chai axetylen 1) Đối với Acetylen hồ tan sử dụng chai với kích thƣớc thể tích khác từ 3.5l đến 50-60l, tuỳ thuộc vào nƣớc quen sử dụng chai Acetylene tiêu chuẩn Ví dụ: Anh chai C2H2: 50 l, Pháp 48 l nƣớc Châu âu, Trung Quốc, Nhật, Hàn quốc sử dụng chai 40 l Vật liệu làm chai Acetylen Có thể ống thép thép thỏi với thành phần nhƣ sau: C 0.2-0.25%; Si < 0.3%; Mn 0.45-0.75%, Ni+ Cr khoảng 0.2% thành phần áp suất làm việc đến 25at áp suất thử thuỷ lực 5070 at 2) Van chai C2H2 Vai chai Acetylen thơng thƣờng làm từ thép Cácbon nƣớc Châu Âu Mỹ Đối với số nƣớc khác làm từ đồng vàng thành phần : Cu 56-59%; 0.6-1.1 %Sn, 1.5-1.2 Fe, 0.3-2.0% Mn; 0.5-1.5% Pb, cịn lại kẽm Van chai phải đảm bảo kín tốt, chịu đƣợc va đập, dẻo, không gẫy chai đổ… Đƣờng ống dẫn khí Acetyelene thƣờng làm sắt, thép không gỉ, đồng vàng, không đƣợc làm đồng với thành phần đồng >70% 38 CHƢƠNG ỨNG DỤNG VÀ AN TỒN 4.1 Về an tồn: Nhiệt độ tự bốc cháy Acetlen hợp chất a) Biết đƣợc nhiệt độ tự bốc cháy giới hạn nổ Acetylen có ý nghĩa quan trọng việc bảo vệ an toàn lao động sản xuất sử dụng Acetylene Nhiệt độ tự bốc cháy C2H2 nguyên chất thay đổi theo áp suất nhƣ sau : Áp suất, bar Nhiệt độ tự bốc cháy, (0C) 635 – 11 510 – 570 475 – 530 21 350 Nếu có mặt số chất khí khác, ví dụ CO, C2H2 tự bốc cháy nhiệt độ 250-300ºC Một số chất rắn khác giảm nhiệt độ tự bốc cháy C2H2 xuống 1.5-2 lần, có tác dụng nhƣ chất xúc tác Ta có bảng nhƣ sau : Nhiệt độ tự bốc cháy C2H2 at Chất xúc tác Nhiệt độ bốc cháy , (0C) - Khơng có xúc tác 505 – 530 - Oxít đồng 240 - Oxít Mangan 310 - Oxít sắt 280 Hỗn hợp Oxy - C2H2 tỷ lệ 1: tự bốc cháy 2450C với áp suất at, 2300C 10 at 39 b) Giới hạn nổ Acetylene Giới hạn nồng độ hỗn hợp C2H2 với khơng khí phụ thuộc vào áp suất nhiệt độ hỗn hợp Giới hạn nổ theo chiều tăng nhiệt độ at nhƣ sau: Nhiệt 17 50 độ 10 15 200 250 300 2 2.3 2.3 2.1 68 – 65 52 - 73 Giới hạn nổ % thể tích -55 2.8 3-59 - 81 - 100 -100 4.2 Sử dụng Hàn: sử dụng khí oxy-acetylene việc hàn phƣơng án tiết kiệm chi phí so với hàn điện, phƣơng án tốt nơi xa khơng có nguồn điện ổn định Cắt: sử dụng khí oxy-acetylene việc cắt cho chất lƣợng cắt tốt hơn, tốc độ cắt cao hơn, thời gian khởi động cắt nhanh so với khí đốt khác Nhiệt luyện: khí oxy-acetylene đƣợc sử dụng nhiệt luyện thép, dùng cho phận lớn không vừa lò nung 40 Dựa vào phản ứng sau: CaC2 + 2H2O = Ca(OH)2 + C2H2; C2H2 + 5/2 O2 = 2CO2 + H2O Cho đến năm 1911 tới 965 thành phố sử dụng đất đền để thắp sáng đƣờng phố ban đêm Trong nhiều năm trƣớc đây, nƣớc ta, đất đèn đƣợc sử dụng để thắp sáng hầm lò khai thác vận chuyển than Ngƣ dân số vùng ven biển dùng đất đèn vào việc thắp sáng để đánh bắt cá, tôm độ sáng đèn đất tƣơng đƣơng với bóng điện có cơng suất 60 - 80W Ở nông thôn nƣớc ta, nhiều năm trƣớc ngƣời ta dùng đất đèn để thắp sáng dịp có đình đám lễ Tết Khí axetilen sinh cho đất đèn tác dụng với nƣớc đƣợc dùng làm nhiên liệu đèn xì oxi – axetilen để hàn cắt kim loại nhiệt độ lửa lên tới 30000C Để sản xuất đƣợc xe đạp ngƣời ta phải dùng tới kg đất đèn Việc hàn, cắt kim loại đèn oxi-axetilen đƣợc dùng đóng sửa chữa tàu sông, biển hay xây dựng, sửa chữa cầu, cơng trình xây dựng Khi cần cắt, phá tàu bị hƣ hỏng để tận dụng sắt, thép cũ phục vụ 41 cho ngành luyện kim cán thép ngƣời ta dùng đèn xì oxi-axetilen Khi cơng nghiệp chế biến hố học dầu mỏ chƣa phát triển (cho đến khoảng năm 1950) khí axetilen sản xuất từ đất đền ngun liệu cơng nghiệp sản xuất hợp chất hữu - Ngƣời ta cho khí axetilen tác dụng với khí hydroclorua để đƣợc vinyclorua, sau trùng hợp vinyclorua thành polivinyclorua: Polivinylclorua (PVC) đƣợc coi chất dẻo vạn PVC dùng để sản xuất màng mỏng, bao bì, da giả, thùng đựng hoá chất, sợi chịu hoá chất, cấu kiện xây dựng… Để sản xuất PVC phải dùng từ 1,7 – đất đèn - Cũng sở cho khí axetilen tác dụng với khí hyđroclorua ngƣời ta có cơng nghiệp chuyển đổi thành butađien để sản xuất cáo su nhân tạo hàng loạt monome có giá trị cơng nghiệp nhƣ acrilonitril, vinylaxetat, este axit acrylic… Trùng hợp vinylaxetat thuỷ phân ngƣời ta thu đƣợc polivinylancol Từ polime kéo thành sợi bền, đẹp, chịu đƣợc hoá chất thời tiết, có độ hút ẩm cao đƣợc gọi vinylon Nhƣ axetilen nguyên liệu quan trọng để giải tốt vấn đề mặc - Ngƣời ta cịn dùng khí axeilen từ đất đèn để sản xuất muội than gọi muội axetilen Sau loại bỏ tạp chất, khí axetilen đƣợc chứa vào bồn lớn dùng nhiệt độ cao để phân huỷ axetilen tạo cacbon (C) tinh khiết Muội 42 axetilen nguyên liệu cao cấp dùng cho ngành điện tử, sơn, mực in, chế tạo thép cứng, chổi than, chế biến cao su Ngành sản xuất pin tiêu thụ nhiều muội than, bình quân để sản xuất triệu pin R20 phải cần từ 2,7 đến muội than axetilen Nhà máy Đất đèn Tràng Kênh (Hải Phòng) sở nƣớc sản xuất muội than axetilen để cung cấp cho ngành pin ngành kinh tế khác - Trong nông nghiệp, từ lâu ngƣời ta dùng đất đèn để rấm xanh, kích thích mau chín chín đồng loạt kho, thƣờng dùng để rấm dứa, chuối, cà chua… vào dịp cuối mùa đông, đầu mùa xuân Ngƣời ta xử lý nõn dứa đất đèn, dứa cho to đồng đều, thơm ngon, tỷ lệ đƣờng cao làm cho dứa hoa kết trái vụ 43 CHƢƠNG CẤU HỎI Tại khơng xây lị sản xuất đất đèn khu vực đông dân? Trƣớc phần lớn axetilen đƣợc sản xuất từ đất đèn Phƣơng pháp có nhƣợc điểm gì? Tại khơng nên xây dựng lị sản xuất đất đèn khu vực đơng dân? Ngày axetylen đƣợc sản xuất cách nào? Muốn điều chế đất đèn từ C CaO, ngƣời ta phải tốn nhiều lƣợng điện, phản ứng xảy nhiệt độ cao 2500 độ C lò điện, với điện cực lớn than chì CaO + 3C CaC2 + CO Chính vậy, quy mô công nghiệp, ngƣời ta sản xuất axetylen từ đất đèn nữa, mà từ khí metan Khơng nên xây dựng lị sản xuất đất đèn khu vực đơng dân q trình sinh khí CO khí độc Vì đốt axetilen nhiệt lƣợng tỏa cao ? Giải thích: Lấy ví dụ: Đốt axetilen: C2H2 ->2CO2 + H2O 44 Đốt etylen: C2H4 -> 2CO2 + 2H2 Ta thấy đốt axetilen, lƣợng nƣớc giải phóng nửa so với đốt etylen Vì lƣợng nƣớc làm nguội => đốt axetilen nhiệt độ sinh cao (Thực tế đốt C2H2, lƣợng nƣớc sinh so với hidrocacbon khác Vì đèn xì axetilen có nhiết độ cao nhất) Vì bề dày vỏ bình (7mm ) axetylen nạp đƣợc đến 2atm cịn với Oxy nạp đến 15 atm mà khơng bị nổ? Giải thích: Xét tính chất, C2H2 chất dễ cháy, O2 chất khơng cháy, áp suất cao mức độ nguy hiểm lớn nên nạp mức áp suất thấp Ngồi ra, áp suất cao mật độ khí cao, va chạm nguyên tử khí nhiều sinh nhiệt dẫn đến tự cháy (giống nhƣ động diezen) để an tồn phải làm giảm áp suất Vì nạp axetylen khơng đƣợc nạp nhanh mà phải nạp từ từ ? Giải thích: Nếu nạp nhanh có ma sát dịng khí với thành ống dẫn + bình chứa lớn, va chạm nguyên tử khí tăng sinh nhiệt dẫn đến dễ cháy nổ Từ axetilen chất vơ ngƣời ta điều chế đƣợc poli (vinyl ancol) trình điều chế thiết phải thông qua chất trung gian là: A ancol etylic B fomanđehit C axit oxalic D axit axetic Giải thích: Cho C2H2 phản ứng với CH3COOH (thu đƣợc trên) đƣợc CH2=CHOOCCH3 Trùng hợp vinyl axetat đƣợc poly vinyl axetat Cho Poly vinyl axetat phản ứng với NaOH dƣ đƣợc poly vinyl ancol (PVA) Đáp án: Câu D 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Thanh Huyền - Nguyễn Hồng Liên, Công nghệ tổng hợp hữu – hóa dầu, NXB Khoa học & Kỹ Thuật 2006 [2] Th.s Trần Thị Hồng, giáo trình tổng hợp hữu – hóa dầu, Trƣờng Đại Học Cơng Nghiệp TP.HCM, 2006 [3] http://www.hoahocngaynay.com/fr/nghien-cuu-giang-day/hoa-hoc-nhatruong/238-cong-dung-da-dang-cua-dat-den.html#disqus_thread [4] http://en.wikipedia.org/wiki/Acetylene [5] http://khicongnghiep.org/tin-tuc/1-tin-tuc/119-quy-trinh-san-xuat-khiacetylen.html [6] Giáo trình sản xuất Axetylen, Công Ty Cổ Phần Cryotech Việt Nam (Khí đặc biệt – Khí Y tế - Thiết bị ngành khí) 46
