Đang tải... (xem toàn văn)
Tài liệu tham khảo kỹ thuật công nghệ, chuyên ngành tin học Công nghệ sản xuất phenol
Đồ án tốt nghiệp Khoa công nghệ hoá họcMục lụcTỷ trọng t ơng đối 6 1.1.3. ứng dụng của phenol :[1] 10 Dùng một hỗn hợp cyclohexanol-cyclohexanon với tỷ lệ 10:1 thì cứ 1,805 tấn hỗn hợp thu đ ợc 1 tấn sản phẩm phenol (t ơng ứng với một l ợng 97,8% trong giai đoạn đehydro hoá). Từ hỗn hợp đồng sôi tạo bởi phenol với cyclohexanol và cyclohexanon có thể tách ra bằng cách ch ng cất trích ly. Quá trình không có giá trị kinh tế nếu phenol đ ợc sản xuất nh một sản phẩm duy nhất bắt đầu từ cyclohexan. Một nhà máy nhỏ đã đ ợc xây dựng lên ở Austraylia và đã bắt đầu sản xuất năm 1965. Sau 3 năm nó đã đ ợc thay thế bởi quá trình sản xuất từ cumen bởi những lý do kinh tế. Giai đoạn sản xuất phenol có thể chỉ đ ợc quan tâm khi nó đ ợc kết hợp với một nhà máy oxy hoá cyclohexan có quy mô lớn, cũng nh chúng đ ợc xây dựng cho quá trình sản xuất caprolactan. [1] . 23 - Quá trình oxy hóa toluen là xảy ra theo cơ chế gốc gồm có các gốc peroxit. 24 2.6. Oxy hoá trực tiếp benzen : [3] 29 III.1. xác định địa điểm xây dựng: [9] 63 III.1.1.Nhiệm vụ và yêu cầu: 63 III.1.2. Cơ sở để xác định địa điểm xây dựng : 63 kết luận 75tài liệu tham khảo 76Lê Hoàng Giang - Hoá dầu 1 K 481 Đồ án tốt nghiệp Khoa công nghệ hoá họcLời cảm ơnEm xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất TS Nguyễn Hồng Liên đã tận tình giảng dạy em trong thời gian qua cũng nh hớng dẫn và tạo điều kiện giúp đỡ em hoàn thành bản đồ án tốt nghiệp này.Qua đây em xin chân thành cảm ơn tới các thầy, cô giáo trong bộ môn Hoá hữu cơ - Hoá dầu đã truyền thụ những kiến thức quý báu cho bản thân em.Tôi xin cảm ơn tới gia đình và bạn bè trong lớp đã động viên và giúp đỡ tôi hoàn thành tốt bản đồ án.Hà nội ngày 28 tháng 5 năm 2008Sinh viên: Lê Hong GiangLê Hoàng Giang - Hoá dầu 1 K 482 Đồ án tốt nghiệp Khoa công nghệ hoá họcMở ĐầUPhenol (hydroxyl benzene, carbolic, axit, C6H5OH) là một dẫn xuất của dãy thơm đợc F. Runge phát hiện lần đầu tiên vào năm 1834, là chất đầu tiên của dãy đồng dẳng với nhóm -OH đính trực tiếp vào gốc aromatic. Phenol tồn tại nh một thành phần tự do hoặc nh một sản phẩm có mặt trong các chất tự nhiên và trong thực thể sinh vật. Ban đầu phenol đợc lấy ra từ nhựa than đá, và chỉ sau khi lợng tiêu thụ phenol tăng lên một cách đáng quan tâm thì phenol mới đợc sản xuất bằng nhiều phơng pháp tổng hợp khác nhau. Lúc đầu các ph-ơng pháp tổng hợp phenol đều đi từ axit benzensulfonic (C6H5SO3H) và clobenzen (C6H5Cl) sau đó đợc thay thế bởi các quá trình sản xuất hiện đại hơn, mà chủ yếu là quá trình Hock sản xuất phenol từ cumen. Phenol đang đóng vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp nh là làm nguồn nguyên liệu cho nhiều hợp chất trung gian và là sản phẩm cuối cùng quan trọng.Những mục đích sử dụng phenol trong công nghiệp ở bảng 1:Bảng 1. Những mục đích sử dụng phenol trong công nghiệp.[1]Tây âu(%) Mĩ(%) Nhật(%)Thế giới(%)1973 1984 1974 1973 1989Nhựa phenol 37 33 48 60 41Capro lactan 22 25 15 21Axit adipic 12 3Bisphend A 11 22 13 18 15Aniline 2 9 3Lê Hoàng Giang - Hoá dầu 1 K 483 Đồ án tốt nghiệp Khoa công nghệ hoá họcCác sản phẩm khác18 18 21 14 20Lợng tiêu thụ(106 tấn)0,954 1,04 0,211 4,450Hầu hết phenol thành phẩm đợc chế biến thành keo phenol dùng cho ngành công nghiệp chất dẻo, nhựa, sản xuất sơn, sản xuất thuốc nhuộm, dùng trong dợc phẩm, sản xuất chất nổ và trong các quá trình tổng hợp hữu cơ tinh vi khác. Các quá trình sản xuất bắt đầu từ phenol ít bị cản trở do tính an toàn của nó cao hơn khi làm nguyên liệu sản xuất so với nguyên liệu từ benzen.Tất cả những sản phẩm này có giá trị kinh tế quan trọng vì chúng đợc sản xuất trên phạm vi rộng và tạo ra nhiều những vật liệu cho ngời tiêu dùng. Chẳng hạn nh là: chất kết dính, bọt cách điện, chất tẩy vết bẩn, nhựa platic, thuốc diệt cỏ, thuốc trừ sâu, thuốc nhuộm, hơng vị và cao su hoá họcBảng 2 là sản lợng phenol sản xuất trên thế giới theo các phơng pháp khác nhau:Bảng 2. Bảng biểu thị sản lợng phenol sản xuất trên thế giới [1]Quốc giaNămNăng suất 106 tấn/nămTừ cumen (%)Từ toluen (%)Từ nhựa than đáNhững ph-ơng pháp khácTây âu1973 1,14 87 8 3 21978 1,48 88 10 21985 1,3 92 81989 1,45 93 7 9Mỹ1974 1,25 97 2 2 21977 1,5 95 2 11985 1,5 98 21989 1,9 98 2Nhật 1977 0,28 100Châu á1985 0,4 991989 0,6 99Đông âu1985 0,891989 0,9Thế giới1989 5 96 3Lê Hoàng Giang - Hoá dầu 1 K 484 Đồ án tốt nghiệp Khoa công nghệ hoá họcNh đã trình bày ở trên ta thấy phenol giữ một vai trò quan trọng trong nền kinh tế, trực tiếp hay gián tiếp. Chúng ta có thể sản xuất ra nhiều sản phẩm cần thiết và quan trọng cho xã hội từ phenol.ở Việt Nam công nghệ sản xuất phenol cha phát triển, nguồn cung cấp phenol duy nhất là từ chng thu than đá, nhng cha thoả mãn về nhu cầu sử dụng trong nớc. Phần lớn là phải nhập từ nớc ngoài. Vì vậy vấn đề nghiên cứu các ph-ơng pháp sản xuất phenol có ý nghĩa khoa học và thực tế rất lớn.Phần I Lý thuyết chungChơng 1: Tính chất của nguyên liệu và sản phẩm1.1. phenol:1.1.1. Tính chất vật lý của phenol:[2]Phenol là chất rắn, tinh thể không màu, có mùi vị đặc trng, nóng chảy ở 420C và sôi ở 181,40C. Khối lợng phân tử: 94,42 kg/Kmol.Tỷ trọng: 20 341,072 /d g cm=Phenol ở điều kiện thờng có dạng hình kim hay hình khối màu trắng, khi tan trong nớc cho chất lỏng không màu. Phenol rất dễ bị tác dụng của ánh sáng và không khí nên có màu hồng. Giới hạn cho phép trong không khí là 0,005 mg/l .Phenol ít tan trong nớc lạnh nhng có thể hoà tan hoàn toàn ở nhiệt độ lớn hơn 65,30C. Hợp chất này dễ tan trong các hydrocacbon thơm, rợu và ete nhng ít tan trong parafin và không tan trong cacbonat kiềm. Phenol còn có tính sát trùng mạnh, gây bỏng da và rất độc đối với cơ thể.Hỗn hợp của phenol và khoảng 10% khối lợng của nớc đợc gọi là dung dịch phenol, bởi vì nó tồn tại ở trạng thái lỏng tại nhiệt độ phòng. Có thể nói Lê Hoàng Giang - Hoá dầu 1 K 485 Đồ án tốt nghiệp Khoa công nghệ hoá họcrằng phenol là dung dịch thực nhất trong các dung dịch hữu cơ (các hydrocacbon thơm, rợu, xeton, ete, axit, các hợp chất halogenhydrocacbon ). Phenol tạo thành hỗn hợp đồng nhất với nớc và các chất khác, chúng ta có thể tham khảo bảng số liệu sau đây. (Bảng 3)Bảng 3. Các hỗn hợp đồng nhất tạo thành do phenol [1]Cấu tử thứ hai áp suất, kPa Điểm sôi, 0C Thành phần của phenol, % Nớc 101,3 78,8 39,2 94,5 90,0 75,0 9,21 8,29 7,2Isopropynbenzen 101,3 149 2n-Propynbenzen 101,3 158.5 14- Metylstrylen 101,3 162 7 Các thông số vật lý khác của phenol.[1] Khối lợng phân tử 94,11 Nhiệt độ sôi (101,3 kPa) 181,75 0C Nhiệt độ nóng chảy 40,9 0C Tỷ trọng tơng đối 0 0C 1,092 20 0C 1,071 50 0C 1,050 Độ nhớt động học: Nhiệt độ (0C) Độ nhớt (MPa.s)20 11,4150 3,421100 1,5Lê Hoàng Giang - Hoá dầu 1 K 486 Đồ án tốt nghiệp Khoa công nghệ hoá học150 0,67 Hằng số phân ly trong nớc (20 0C ) 1,28.10-10 Nhiệt hoá hơi (182 0C) 514 ( Kj/kg) Nhiệt tạo thành (20 0C ) 160 (Kj/kg) Nhiệt cháy -32,590 kj/kg Nhiệt dung riêng: 0 0C 1,256 (Kjkg-1k-1) 20 0C 1,394 (Kjkg-1k-1) 50 0C 2,244 (Kjkg-1k-1) 100 0C 2,382 (Kjkg-1k-1) Nhiệt dung riêng (trạng thái hơi): 27 0C 1,105 kjkg-1k-1 527 0C 2,260 kjkg-1k-1 Điểm chớp cháy: (DIN 51758) 81 0C Giới hạn cháy nổ thấp nhất trong không khí ở 101,3 kPa là 1,3%V (50g/cm3). Nồng độ bão hoà trong không khí ( ở 200C) 0,77 g/cm3 Nhiệt độ bốc cháy (DIN 51794) 595 0C Nhiệt độ tự bốc cháy 715 0C Điểm chớp cháy của hỗn hợp với nớc 1- 4% nớc khoảng > 82 0C > 4,5% nớc > 100 0C Điện trở suất ( 450C ) >1,8107 .m Hỗn hợp với 5% nớc 4,9 106 .m áp suất hơi bão hòa của phenol ở các nhiệt độ khác nhau:Nhiệt độ (0C) 20 36,1 48,5 58,3 69 84,8 114,5 184,5 247,5áp suất (kPa) 0,02 0,1 0,25 0,5 1,0 2,5 10 100 500Lê Hoàng Giang - Hoá dầu 1 K 487 Đồ án tốt nghiệp Khoa công nghệ hoá học 1.1.2. Các tính chất hoá học của phenol: [4] Phenol chứa nhóm - OH có hydro linh động, mặt khác có nhân benzen thể hiện đặc tính thơm và đặc tính này đợc tăng lên do ảnh hởng của nhóm - OH ( là nhóm thế loại I làm hoạt hoá nhân benzen).Công thức phân tử của phenol là:C6H6O Công thức cấu tạo : OHCác tính chất hoá học của phenol đều bắt nguồn từ các đặc tính của nhóm OH và nhân bezen.Trong phân tử phenol có oxy sự liên hợp (p-) của electron tự do của nguyên tử oxy với các electron của vòng benzen khiến cho liên kết (-O-H) phân cực hơn so với (-O-H) trong alcol, đây là nguyên nhân gây ra tính axit của phenol. Do có hiệu ứng liên hợp mà mật độ eletron trong nhân tăng lên làm cho phenol có phản ứng thế electrophyl cao hơn benzen. Phenol có hai trung tâm phản ứng: nhóm hydroxyl và nhân thơm. 1.Tính axit :Phenol không những tác dụng đợc với kiềm mà còn tác dụng đợc cả với dung dịch kiềm. C6H5OH + NaOH C6H5ONa + H2OPhenol có tính axit mạnh hơn cả nớc (Ka =10-10 ), rợu nhng yếu hơn axit cacbonic ( Ka=10-5) . Vì thế khi cho tác dụng với axit vô cơ thì phenol bị giải phóng khỏi muối của nó. C6H5O- + H2CO3 C6H5OH + HCO3-2. Tạo thành ete C6H5OR:Phản ứng alkyl hoá ở nhóm OH tiến hành thuận lợi từ phenolat C6H5ONa. 3. Phản ứng ngng tụ:Lê Hoàng Giang - Hoá dầu 1 K 488c6h5oh c6h5ona c6h5or + nax+ NaOH- H2O+ RX Đồ án tốt nghiệp Khoa công nghệ hoá họcNguyên tử hydro ở vị trí para và octo dễ tham gia phản ứng ngng tụ với formandehyt dùng xúc tác axit hay kiềm tạo thành monome để tổng hợp nhựa phenol formaldehyt.4. Phản ứng thế electrophyl ở nhân thơm: Nhóm OH là nhóm hoạt động hóa và định hớng tác nhân electrophyl thế ở vị trí octo, para.a. Phản ứng nitro hóa:Phenol tác dụng với axit nitric đậm đặc tạo thành 2,4,6 trinitro phenol (axit picric) là nguyên liệu cho thuốc nổ.b. Phản ứng kolbe - Schimitt:Khi đun natri phenolat trong dòng CO2 tạo thành natrisalisilat sau đó axit hoá để tổng hợp axit salixylic, đây là nguyên liệu cần thiết để sản xuất aspyrin (axetyl salixylic axit).Ngoài ra còn có các phản ứng nh: Axyl hóa nhóm OH tạo este. Phản ứng Reimer - Tiemann. Phản ứng chuyển hóa phenol thành benzen. Oxy hóa: Với các tác nhân oxy hóa phenol dễ tạo thành gốc tự do. Nó có thể dime hoá để tạo thành diphenol hoặc có thể oxy hóa sâu sắc tạo thành o-dihydroxybenzen và quinon. Vì gốc phenol tơng đối bền vững nên phenol là gốc thích hợp và nó đợc sử dụng làm chất ức chế quá trình oxy Lê Hoàng Giang - Hoá dầu 1 K 489 OHOHH+ hoặc OH-CH2OHHCHOC6H5OHOHCH2OHPolyme ONaOH OHáp suất+ CO2120-140oCHClCOONaCOOH oho2nohno2no2Hno3 đặctrinitrophenol (axit picric) Đồ án tốt nghiệp Khoa công nghệ hoá họchóa. Với với một lợng nhỏ phenol thì các tính chất trên có thể gây khó khăn cho quá trình tự oxy hóa Cumen. Phenol rất dễ kết đôi với muối diazo tạo ra hợp chất có màu. Hợp chất đ-ợc dùng làm độ nhạy cho quá trình trắc quang của phenol là khối diazo 4-nitroanilin.1.1.3. ứng dụng của phenol :[1]ứng dụng quan trọng nhất của phenol là để sản xuất nhựa phenol formandehyt bằng cách ngng tụ phenol với andehyt foocmic, xúc tác là axit hay muối vô cơ, dung dịch NH3, NaOH. Đây là loại nhựa rất quan trọng dùng trong sản xuất bột làm nhựa tấm, sản xuất sơn, keo dán, nhựa xốp.Ngoài ra, 2,2 dipropan (bis phenol A) cũng là một sản phẩm quan trọng của quá trình ngng tụ phenol với axeton có mặt axit vô cơ.Bis phenol A có công thức nh sau: CH3H C6H4 C C6H4OH CH3Sản phẩm này đợc dùng nhiều trong sản xuất nhựa epoxy. Với nhu cầu sản xuất nhựa ngày càng tăng, 20% phenol công nghiệp đợc sử dụng để sản xuất bis phenol A.Sản phẩm của quá trình ngng tụ phenol với clo anhydrit cacbon hay diphenyl cacbonat đợc dùng để sản xuất nhựa cacbonat có cấu trúc: CH3H - [- O - C6H4 - C - C6H4- O - C -]n - O - C6H5 CH3 Oứng dụng quan trọng thứ ba của phenol là hydro hoá thành xyclo hexanol để sản xuất sợi tổng hợp nilon và capro lactan.Ngoài các ứng dụng quan trọng này, phenol và các dẫn xuất của nó còn đ-ợc sử dụng làm nguyên liệu cho nhiều ngành sản xuất khác nh:- Các dẫn xuất ankyl phenol (diamin, octyl) dùng làm sát trùng và diệt nấm, các dẫn xuất clo phenol nh pentaclo phenol dùng trong bảo quản gỗ; 2,4 Lê Hoàng Giang - Hoá dầu 1 K 4810 [...]... vào sản xuất trong thực tế 2.7 Sản xuất phenol bằng Phơng pháp oxy hoá cumen: [5] Vào năm 1944, H.HOCK và SLANG đã công bố phơng pháp sản xuất phenol từ Cumen dựa trên cơ sở nghiên cứu nguyên liệu đầu là Cumen hydropeoxit và phân giải nó tạo thành phenol và axeton Sau chiến tranh thế giới lần thứ 2, công nghệ sản xuất này đợc phát triển một cách nhanh chóng trong một khoảng thời gian ngắn bởi 2 công. .. thải h Tháp tách phenol thô i Tháp tách phenol j Thiết bị tách cặn k Tháp benzen l Tháp tách cặn phenol Lê Hoàng Giang - Hoá dầu 1 K 48 26 Xúc tác Toluen KK Lê Hoàng Giang Hoá dầu 1 K 48 c hình 2 sơ đồ công nghệ sản xuất phenol bằng phuơng pháp oxy hóa toluen a b d a a e j k f g h i nuớc thải cặn j phenol Benzen Đồ án tốt nghiệp Khoa công nghệ hoá học 27 Đồ án tốt nghiệp Khoa công nghệ hoá học Thuyết... thành phenol trên xúc tác platin mang trên than ở nhiệt độ 250 ữ 4250C 2.4 Quá trình sản xuất phenol bằng phơng pháp oxy hóa Toluen:[5] Quá trình sản xuất phenol đợc phát triển đầu tiên bởi Dow (Mỹ) Nó đợc duy trì cho đến tận bây giờ, hiện nay có ba nhà máy công nghiệp tại Mỹ, Canada, và NewZealand Sau đó kế hoạch sản xuất đầu tiên ở NewZealand thành công do DSM và tạo ra các tiêu chuẩn trong công nghiệp...Đồ án tốt nghiệp Khoa công nghệ hoá học diclo phenol axetic đợc dùng để làm thuốc diệt cỏ, các sản phẩm nitro hoá đặc biệt là axit picric đợc dùng làm thuốc nổ - Sản xuất dợc liệu dựa trên cơ sở sản xuất axit salixilic, aspirin - Sản xuất hơng liệu, thuộc da, thuốc nhuộm, nhựa trao đổi ion - Sử dụng trong công nghiệp, làm dung môi để làm sạch các sản phẩm dầu nh làm sạch dầu nhờn khỏi... dung dịch sunfatnatri - Phenol kỹ thuật thu đợc sau khi chng cất lại hai lần nữa ta đợc phenol tinh khiết - Nhựa phenol dùng làm chất tẩy trùng và chất tẩy độc Lê Hoàng Giang - Hoá dầu 1 K 48 19 Đồ án tốt nghiệp Khoa công nghệ hoá học 2.2 Quá trình sản xuất phenol bằng phơng pháp clo hóa benzene : Clobenzen là một chất dễ tạo thành phenol khi thuỷ phân Do đó các quá trình sản xuất phenol trên cơ sở hợp... Khoa công nghệ hoá học Chơng 2: các phơng pháp sản xuất phenol Phơng pháp đầu tiên điều chế phenol là tách nó ra khỏi nhựa than đá đợc tạo thành khi luyện cốc than đá, tuy nhiên hiệu suất của quá trình này là quá thấp (0,05 kg phenol/ 1tấn than) nên đến nay quá trình sản xuất phenol theo phơng pháp này chiếm tỉ lệ không đáng kể Phần lớn phenol đợc sản xuất bởi quá trình oxy hoá benzene hay toluene Mặc... cho sản phẩm chính là phenol Ngoài ra còn có những sản phẩm phụ nh ,-dimetyl acol và axeton, cả hai sản phẩm này đều đợc tạo ra do sự phân huỷ cumen hydroperoxit dới tác dụng của nhiệt độ, hai sản phẩm này càng nhiều khi nhiệt độ của phản ứng cao quá 1300C 2.8 So sánh các phơng pháp sản xuất phenol : Từ các bảng số liệu dới đây : Bảng 4 .Sản lợng Phenol trên thế giới năm 1986 [7] Quá trình % KL sản. .. dầu khí hiện nay của nớc ta Do vậy, trong bản đồ án này em xin trình bày thiết kế tính toán cho phân xởng sản xuất phenol bằng phơng pháp oxy hoá cumen Chơng 3: sản xuất phenol bằng phơng pháp oxy hóa cumen Lê Hoàng Giang Hoá dầu 1 K 48 34 Đồ án tốt nghiệp Khoa công nghệ hoá học Quá trình sản xuất phenol từ cumen đợc tiến hành qua 2 giai đoạn + Giai đoạn 1 Phản ứng oxy hoá cumen (iso propyl benzen)... thành để sản xuất cho 1 tấn phenol rất cao Phơng pháp điều chế phenol bằng cách thuỷ phân clobenzen bằng kiềm đòi hỏi ở nhiệt độ và áp suất cao do đó thiết bị phản ứng phải đợc chế tạo bền, tốt, các chế độ công nghệ khắt khe hơn do vậy khó thực hiện hơn các phơng pháp khác Việc sản xuất phenol bằng phơng pháp sunfo hoá có u điểm là thiết bị chế tạo đơn giản, vốn đầu t ít, tận dụng đợc các sản phẩm... tế mà các quá trình sản xuất phenol đã trình bày ở trên ta đi xem xét từng phơng pháp cụ thể một 2.1 Quá trình sản xuất bằng phơng pháp nóng chảy kiềm dẫn xuất sunfo : (Phơng pháp sunfo hoá) [3] 2.1.1 Cơ sở lý thuyết của quá trình: Quá trình sunfo hóa benzen đã đợc phát triển vào năm 1867 bởi hai nhà hóa học A Wurtz và A Kerkule.[1] Đây là quá trình sản xuất phenol mang tính chất công nghiệp , đã đợc . dùng nhiều trong sản xuất nhựa epoxy. Với nhu cầu sản xuất nhựa ngày càng tăng, 20% phenol công nghiệp đợc sử dụng để sản xuất bis phenol A .Sản phẩm của quá. xuất ra nhiều sản phẩm cần thiết và quan trọng cho xã hội từ phenol. ở Việt Nam công nghệ sản xuất phenol cha phát triển, nguồn cung cấp phenol duy nhất![Bảng 1. Những mục đích sử dụng phenol trong công nghiệp.[1] - Công nghệ sản xuất phenol](https://media.store123doc.com/figures/001/408/bang-muc-dich-su-dung-phenol-cong-nghiep-1408027.png)
![Bảng 2. Bảng biểu thị sản lợng phenol sản xuất trên thế giới [1] - Công nghệ sản xuất phenol](https://media.store123doc.com/figures/001/408/bang-bang-bieu-thi-long-phenol-xuat-gioi-1408029.png)
![Bảng 3. Các hỗn hợp đồng nhất tạo thành do phenol [1] - Công nghệ sản xuất phenol](https://media.store123doc.com/figures/001/408/bang-hon-hop-dong-tao-thanh-phenol-1408031.png)
