Đang tải... (xem toàn văn)
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM 1.1.Tính chất của nguyên liệu 1.1.1. Axetylen Axetylen là một chất khí có chứa liên kết ba trong phân tử, nó có nhiều ứng dụng trong kinh tế cũng như trong công nghiệp tổng hợp hữu cơ hóa dầu. Từ axetylen có thể điều chế ra nhiều chất quan trọng và cần thiết cho sản xuất công nghiệp như axetaldehit, axit axetic, vinyl clorua, vinyl axetat, cao su tổng hợp ... Các chất này rất quan trọng trong việc sử dụng làm hợp chất trung gian để tổng hợp hữu cơ, hoá dầu. 1.1.1.1. Tính chất vật lý Axetylen là chất khí không màu, ở dạng tinh khiết có mùi của este yếu, nó ngưng tụ ở - 83,8oC, áp suất 0,102 MPa. Nhiệt độ tới hạn là : +35,50C , áp suất tới hạn là 6,04 MPa. Axetylen là chất khí nhẹ hơn không khí, ít tan trong nước. Ở điều kiện bình thường một thể tích nước hoà tan được một thể tích khí axetylen. Khi áp suất tăng lên độ hoà tan cũng tăng theo. Axetylen tan nhiều hơn trong các dung môi hữu cơ như alcol, ete, đặc biệt tan rất nhiều trong axeton. Dưới áp suất thường 1 lít axeton hoà tan được 25 lít axetylen. Muốn chuyên chở axetylen được nhiều và tránh nguy hiểm nổ người ta cho axetylen hoà tan trong axeton dưới áp suất cao 12÷15 at. Dưới áp suất này 1 lít axeton hoà tan được 300 lít axetylen. Bình thép chứa dung dịch axetylen trong axeton không nguy hiểm so với axetylen lỏng, nhất là khi dùng thêm các khối xốp vô cơ chất đầy trong bình. Axetylen là một hợp chất không bền về mặt nhiệt động, nó có thể bị phân huỷ tạo ra cacbon và hydro kèm theo hiện tượng nổ. Phản ứng nổ có thể khơi mào bằng nhiệt, bằng thuỷ ngân funminat hoặc tự nổ dưới áp suất cao. Phản ứng nổ toả nhiều nhiệt, H0298 = -54,9 Kcal/mol. Nhiệt độ của khối khí lúc đó có thể lên hàng nghìn độ. Axetylen là hợp chất thu nhiệt vì vậy khi đốt cháy toả ra một lượng nhiệt lớn. Khi dùng hỗn hợp axetylen-oxy làm khí cắt hàn, cắt kim loại màu, muốn hàn tốt thì phải sử dụng khí trơ (argon) để oxy không tiếp xúc trực tiếp lên bề mặt kim loại hàn. Axetylen cháy trong không khí cho ta ngọn lửa sáng, tạo ra CO2 và H2O.
Đồ án tốt nghiệp đại học khóa 2009-2013 Trường ĐHBRVT CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM 1.1.Tính chất của nguyên liệu 1.1.1. Axetylen Axetylen là một chất khí có chứa liên kết ba trong phân tử, nó có nhiều ứng dụng trong kinh tế cũng như trong công nghiệp tổng hợp hữu cơ hóa dầu. Từ axetylen có thể điều chế ra nhiều chất quan trọng và cần thiết cho sản xuất công nghiệp như axetaldehit, axit axetic, vinyl clorua, vinyl axetat, cao su tổng hợp Các chất này rất quan trọng trong việc sử dụng làm hợp chất trung gian để tổng hợp hữu cơ, hoá dầu. 1.1.1.1. Tính chất vật lý Axetylen là chất khí không màu, ở dạng tinh khiết có mùi của este yếu, nó ngưng tụ ở - 83,8 o C, áp suất 0,102 MPa. Nhiệt độ tới hạn là : +35,5 0 C , áp suất tới hạn là 6,04 MPa. Axetylen là chất khí nhẹ hơn không khí, ít tan trong nước. Ở điều kiện bình thường một thể tích nước hoà tan được một thể tích khí axetylen. Khi áp suất tăng lên độ hoà tan cũng tăng theo. Axetylen tan nhiều hơn trong các dung môi hữu cơ như alcol, ete, đặc biệt tan rất nhiều trong axeton. Dưới áp suất thường 1 lít axeton hoà tan được 25 lít axetylen. Muốn chuyên chở axetylen được nhiều và tránh nguy hiểm nổ người ta cho axetylen hoà tan trong axeton dưới áp suất cao 12÷15 at. Dưới áp suất này 1 lít axeton hoà tan được 300 lít axetylen. Bình thép chứa dung dịch axetylen trong axeton không nguy hiểm so với axetylen lỏng, nhất là khi dùng thêm các khối xốp vô cơ chất đầy trong bình. Axetylen là một hợp chất không bền về mặt nhiệt động, nó có thể bị phân huỷ tạo ra cacbon và hydro kèm theo hiện tượng nổ. Phản ứng nổ có thể khơi mào bằng nhiệt, bằng thuỷ ngân funminat hoặc tự nổ dưới áp suất cao. Phản ứng nổ toả nhiều nhiệt, ∆H 0 298 = -54,9 Kcal/mol. Nhiệt độ của khối khí lúc đó có thể lên hàng nghìn độ. Axetylen là hợp chất thu nhiệt vì vậy khi đốt cháy toả ra một lượng nhiệt lớn. Khi dùng hỗn hợp axetylen-oxy làm khí cắt hàn, cắt kim loại màu, muốn hàn tốt thì phải sử dụng khí trơ (argon) để oxy không tiếp xúc trực tiếp lên bề mặt kim loại hàn. Axetylen cháy trong không khí cho ta ngọn lửa sáng, tạo ra CO 2 và H 2 O. 1 Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 1 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm Đồ án tốt nghiệp đại học khóa 2009-2013 Trường ĐHBRVT 1.1.1.2. Tính chất hoá học Axetylen có cấu tạo chứa liên kết ba trong phân tử nên có khả năng phản ứng hoá học cao. Liên kết ba có năng lượng liên kết là 199.6 Kcal/mol. Độ âm điện của nguyên tử cacbon lớn làm tăng khả năng tách nguyên tử hydro, làm cho axetylen có tính axít yếu. a) Phản ứng cộng Diễn ra qua 2 giai đoạn : thứ nhất chuyển từ nối ba sang nối đôi, thứ 2 chuyển từ nối đôi sang nối đơn. • Cộng hợp H 2 Phản ứng thường được tiến hành với xúc tác kim loại (Ni , Pd , Pt). Muốn dừng lại ở giai đoạn tạo nối đôi người ta dùng xúc tác Pd trên Canxi cacbonat, hoặc Pd trên Silicagel ở 200 0 C.Hiệu suất của quá trình đạt 95%. • Cộng halogen Đối với clo phản ứng xảy ra quá mãnh liệt, toả nhiều nhiệt nên gây phản ứng huỷ.Trong điều kiện kỹ thuật người ta cho phản ứng cộng clo trực tiếp với C 2 H 2 trong những khối xốp. • Cộng với các axít HF, HCl, HBr C 2 H 2 tác dụng với HCl trên xúc tác thuỷ ngân clorua ở 120 - 150 0 C. • Phản ứng cộng nước Phản ứng công nước vào C 2 H 2 và đồng đẳng được Kuserop nghiên cứu năm 1881. Phản ứng tiến hành bằng cách cho C 2 H 2 đi vào dung dịch axit sunfuric loãng có chứa thuỷ ngân sunfat đóng vai trò xúc tác. alcolvinylic không bền • Cộng alcol và axít cacboxylic Dưới tác dụng của xúc tác thuỷ ngân sunfat hoặc CCl 3 -COOH, BF 3 và HgO, C 2 H 2 có thể cho phản ứng cộng với alcol tạo ra ete vinylic, cộng với axít cacboxylic tạo ra este của alcol vinylic. 2 Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 2 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm Đồ án tốt nghiệp đại học khóa 2009-2013 Trường ĐHBRVT etyl vinyl ete vinyl axetat • Phản ứng cộng với aldehit b)Phản ứng trùng hợp Cho C 2 H 2 qua ống nung đỏ ở 600 – 800 o C, axetylen sẽ trùng hợp cho một chất nhựa có sản phẩm chính là benzen (28%), và các sản phẩm phụ như toluen, naphtalen, các RH thơm ngưng tụ khác. Nếu có chất xúc tác (CO) 4 Ni[P(C 6 H 5 ) 3 ] 2 ở nhiệt độ 60÷70 o C axetylen sẽ trùng hợp thành benzen với hiệu suất 80%. Dưới tác dụng của muối đồng (I), axetylen sẽ trùng hợp 2 phân tử (dime hoá) tạo vinyl axetylen. c)Phản ứng thế với kim loại (tính axít yếu của C 2 H 2 ) • Tính axit yếu Trong axetylen có 2 nguyên tử hydro đều đính vào nguyên tử cacbon mang nối ba. Axetylen có tính axit yếu hơn tính axit của nước nhưng lại mạnh hơn của NH 3 ( tới 10 13 lần ) và hơn tính axit của etylen và etan ít nhất 10 18 lần. Nguyên nhân tính linh động cao của nguyên tử hydro trong axetylen so với trong etylen và etan là do độ âm điện của nguyên tử cacbon ở trạng thái lai hợp khác nhau. Do độ âm điện lớn nên liên kết C – H của cacbon mang liên kết ba phân cực mạnh, tăng cường khả năng prôton hóa của nguyên tử hydro cũng như khả năng thế với kim loại. Bảng 1.1. Hằng số phân ly K a gần đúng cuả một số chất Hợp chất K a HClO 4 >10 10 CH 3 COOH 2.10 -5 H 2 O 10 -14 3 Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 3 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm Đồ án tốt nghiệp đại học khóa 2009-2013 Trường ĐHBRVT CH 3 CH 2 OH 10 -18 C 2 H 2 10 -22 NH 3 10 -35 C 2 H 4 10 -40 C 2 H 6 <10 -40 • Phản ứng thế với các kim loại khác Cho axetylen qua Natri kim loại đun nóng ở 150 o C hoặc qua dung dịch lỏng Natri amidua (NaNH 2 ) sẽ tạo ra dẫn suất thế Natri axetylenua. Cho axetylen vào dung dịch bạc nitrat trong amoniac sẽ tạo ra kết tủa bạc axetylenua Ag 2 C 2 màu xám. Cho axetylen qua dung dịch Đồng (I) clorua CuCl trong amoniac sẽ tạo kết tuả vô định hình màu đỏ Các axetylenua đồng và bạc bền vững ở trong nước. Chúng chỉ bị thuỷ phân bởi axit mạnh, tái tạo ra axetylen. Các axetylenua đồng và bạc khi khô rất dễ nổ mạnh giải phóng kim loại và cácbon đồng thời toả ra một lượng nhiệt lớn. Do khi bị va đập các axetylenua Ag, Cu nổ mạnh nên người ta thường không dùng ống đồng hay bạc làm ống vận chuyển khí C 2 H 2 . 1.1.1.3. Các phương pháp tổng hợp axetylen Do axetylen là một nguyên liệu đầu vào vô cùng quan trọng trong công nghiệp tổng hợp hữu cơ. Do đó đã từ lâu axetylen được tổng hợp từ rất nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau như: than đá, đá vôi hay hydrocacbon. a) Sản xuất axetylen đi từ cacbua canxi Sản xuất axetylen đi từ nguyên liệu là cacbua canxi, đây là phương pháp chủ yếu trong sản xuất axetylen cho tổng hợp hữu cơ. Phương pháp này được sử dụng từ rất 4 Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 4 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm Đồ án tốt nghiệp đại học khóa 2009-2013 Trường ĐHBRVT lâu và nay vẫn được sử dụng khá phổ biến. Ở Việt Nam, phương pháp này vẫn là chủ đạo để sản xuất axetylen trong công nghiệp. Phương pháp này dựa trên phương trình phản ứng: Trong sản xuất, khi phân huỷ 1 Kg CaC 2 nguyên chất cần 0,562 Kg nước, thu được 1,156 Kg bã vôi và 0,406 Kg axetylen. Phản ứng phân huỷ CaC 2 bằng nước toả rất nhiều nhiệt, nên khi sản xuất axetylen phải lấy bớt nhiệt phản ứng bằng cách cho bốc hơi nước. Tổng hợp axetylen từ cacbua canxi thường đi theo hai phương pháp chính đó là: phương pháp ướt và phương pháp khô. • Phương pháp ướt: Trong phương pháp này axetylen được chuyển hoá với lượng nước dư đi vào thiết bị. Phương pháp này cho năng suất nhỏ 1000 m 3 C 2 H 2 /h, bã vôi ướt khó sử dụng. Thiết bị sử dụng trong phương pháp này lớn và cồng kềnh. Tuy nhiên phương pháp này dễ tự động hoá hơn phương pháp khô. Hơn nữa sản phẩm thu được trong phương pháp ướt khá sạch. • Phương pháp khô: Đây là phương pháp chủ yếu để sản xuất axetylen trong công nghiệp. Phương pháp này cho năng suất cao hơn phương pháp ướt, có thể đạt 2000 m 3 /h. Sản xuất axetylen theo phương pháp khô cho ta bã vôi khô cho nên dễ lấy ra và dễ chuyên chở, có thể tận dụng bã vôi trong các lĩnh vực khác. Thiết bị trong phương pháp này nhỏ và tiện sử dụng hơn. Tuy nhiên sản xuất theo phương pháp này cần nhiệt độ cao hơn phương pháp ướt, phân huỷ cacbua canxi không hoàn toàn, khó khống chế điều kiện của quá trình. Sản phẩm thu được có độ tinh khiết không cao. Do cả hai phương pháp có những ưu điểm riêng nhất định, nên cả hai phương pháp này vẫn còn được sử dụng trong công nghiệp sản xuất axetylen. b) Sản xuất axetylen từ hydrocacbon Đây là một phương pháp mới dùng để sản xuất axetylen.Cùng với sự phát triển của nghành dầu khí, phương pháp này dần dần được thay thế phương pháp sản xuất axetylen từ cacbua canxi. Sản xuất axetylen từ hydro cacbon, chủ yếu là hydro cacbon khí như metan, etan, propan Phản ứng phân huỷ metan và các đồng đẳng của nó để sản xuất axetylen như sau: 5 Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 5 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm Đồ án tốt nghiệp đại học khóa 2009-2013 Trường ĐHBRVT Phản ứng phân huỷ metan để tạo thành axetylen bắt đầu ở 800 o C, để đạt hiệu suất theo yêu cầu thì nhiệt độ phải là 1500÷1800 o C. Các đồng đẳng của metan thì phân huỷ tạo thành axetylen ở nhiệt độ thấp hơn ( khoảng 1100÷1200 o C ). Để phân huỷ metan và các đồng đẳng của nó thành axetylen, người ta dùng các biện pháp sau. • Cracking điện Phương pháp này thực hiện lần đầu tiên ở Đức năm 1940. Nguyên tắc của quá trình là thổi nhanh hydro cacbon khí nguyên liệu qua hồ quang điện. Vai trò của hồ quang điện là tạo ra nhiệt độ cao trong vùng phản ứng, nhiệt độ có thể đến 3000 o C. Metan chuyển hoá sau một lần phản ứng khoảng 50%, khí ra có chứa 40% C 2 H 2 , phần còn lại là etylen, cacbon và các đồng đẳng của metan. Thực tế khi phân huỷ 100 kg khí thiên nhiên có chứa 80% metan ta thu được: 45 kg axetylen, 9,2 kg etylen, 5,3kg than ( bồ hóng ), 143 m 3 H 2 . Nồng độ axetylen trong khí sản phẩm khoảng 13÷16% thể tích. Trước khi đem dùng cần phải phân riêng và tách hydro ( dùng trong công nghiệp tổng hợp amoniac ), bồ hóng ( dùng trong công nghiệp cao su ) và khí chưa phản ứng tuần hoàn. • Cracking nhiệt Khi nhiệt phân metan, ta dùng một phần metan làm nhiên liệu để tạo nhiệt độ cao cho phản ứng. Quá trình này tiến hành ở 1400÷1500 o C, để đạt đến nhiệt độ đó ta phải dùng oxy kỹ thuật. Trong quá trình này người ta dùng hơi nước cùng với pentan với tỉ lệ là H 2 O/C 5 H 12 = 6,5/1. Vận tốc khí đi trong lò gần 50 m/s, nhiệt độ trung bình là 1100 o C. Sản phẩm ra phải làm lạnh 3 bậc để hạ nhiệt độ sản phẩm theo yêu cầu. • Cracking nhiệt trực tiếp Đun nóng metan đến nhiệt độ yêu cầu, nhờ tiếp xúc trực tiếp với bề mặt đun nóng. Nung nóng đến nhiệt độ 1300÷1600 o C bằng cách thổi khí đốt vào, sau đó thổi metan. Phản ứng thu nhiều nhiệt nên vật đệm chóng nguội đi, chỉ sau một phút lại thổi khí đốt vào và quá trình cứ tiếp tục như vậy. 6 Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 6 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm Đồ án tốt nghiệp đại học khóa 2009-2013 Trường ĐHBRVT Năm 1950, hãng BASF đã sản xuất axetylen từ khí thiên nhiên theo phương pháp này, áp dụng với qui mô công nghiệp, đến năm 1983 tổng sản lượng axetylen trên toàn thế giới sản xuất theo phương pháp này đạt khoảng 40.000 tấn/năm. 1.1.2. Nước Trong công nghiệp hoá học nước đóng vai trò hết sức quan trọng. Trong sản xuất nó được dùng làm cho nhiều quá trình chế biến hoá học. Ngoài ra nước còn được dùng để làm lạnh, chất tải nhiệt Trong công nghiệp tổng hợp axetandehit nước là một chất không thể thiếu được. 1.1.2.1. Tính chất vật lý Nước là chất lỏng không mùi không vị sôi ở 100 o C có nhiệt dung riêng lớn nhất trong tất cả các chất lỏng có liên kết cộng hoá trị, do các phân tử nước có liên kết hydro khá mạnh nên khi đun nóng nước phải tiêu tốn một lượng nhiệt lớn để phá vỡ liên kết hydro. Khối lượng riêng của nước ở 4 o C là: 1.1.2.2. Tính chất hoá học Nước là hợp chất rất bền với nhiệt. Khả năng phản ứng của nước rất lớn, nó có khả năng tham gia nhiều loại phản ứng hoá học như: • Hòa tan nhiều hợp chất ion và hợp chất cộng hoá trị phân cực. • Phản ứng điện ly các chất điện ly. • Phản ứng thuỷ phân các muối, este. • Phản ứng oxy hoá khử. Ngoài ra nước còn dùng làm xúc tác cho một số phản ứng hoá học. 1.1.3. Oxy 1.1.3.1. Tính chất vật lý Oxy là một chất khí không màu, không vị, duy trì sự sống và sự cháy, ít hoà tan trong nước. Oxy tồn tại ở hai dạng thù hình là O 2 và O 3 ( O 3 là chất khí có màu xanh nhạt và có mùi tanh ). 1.1.3.2. Tính chất hoá học 7 Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 7 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm Đồ án tốt nghiệp đại học khóa 2009-2013 Trường ĐHBRVT Oxy là phi kim có tính oxy hoá mạnh. • Tác dụng với kim loại. • Tác dụng với phi kim. • Tác dụng với các hợp chất khác. 1.1.3.3. Phương pháp sản xuất oxy Trong phòng thí nghiệm oxy được tổng hợp dựa vào quá trình nhiệt phân các chất giàu oxy ( KMnO 4 ). Trong công nghiệp, oxy được sản suất dựa vào quá trình chưng phân đoạn không khí lỏng hay dùng phương pháp điện phân nước. 1.2.Tính chất của sản phẩm 1.2.1. Tính chất của axetandehit 1.2.1.1. Tính chất vật lý của axetandehit Axetaldehit có công thức phân tử C 2 H 4 O, là một chất lỏng không màu, có mùi cay, gây ngột ngạt như mùi nước hoa quả loãng. Ở áp suất 101,3 KPa Nhiệt độ sôi là 20,16 o C Điểm nóng chảy -123,5 o C Nhiệt độ tới hạn là t crit = 181,5( o C) Áp suất tới hạn p crit = 6,64 (Mpa) Tỉ trọng ( t đo bằng o C ) ( t đo bằng o C ) Thể tích mol pha khí : Ở 101,3 KPa và 20,16 o C: 23,40 (l/mol) 25,0 o C: 23,84 (l/mol) Thể tích đặc biệt của pha hơi : Ở 20,16 o C : V = 0,531 (m 3 /Kg) Ở 25,0 o C : V = 0,541 (m 3 /Kg) Tỉ trọng pha hơi so với không khí ( không khí = 1 ) : d = 1,52 Bảng 1.2. Áp suất hơi bão hòa của axetandehit phụ thuộc vào nhiệt độ t , o C -20 - 0,27 5,17 14,76 50 100 P ,Mpa 16,4 43,3 67,6 82,0 279,4 1014,0 Độ nhớt pha lỏng : Ở 9,5 o C : 0,253 (mPa.s). Ở 20 o C :0,21 (mPa.s). 8 Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 8 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm Đồ án tốt nghiệp đại học khóa 2009-2013 Trường ĐHBRVT Độ nhớt pha hơi ở 25 o C :86.10 - 4 (mPa.s). Sức căng bề mặt ở 20 o C :21,2 . 10 - 2 (mNcm - 1 ). Mô men lưỡng cực ( Pha khí ) : 2,69 ± 2% D. Hằng số điện môi của pha lỏng ở 10 o C : 21,8. Hằng số điện môi của pha hơi ở 20,16 o C, 101,3kPa : 1,0216. Nhiệt dung pha lỏng: Tại 0 o C : C p = 2,18 (Jg - 1 K - 1 ). Tại 20 o C: C p = 1,38 (Jg - 1 K - 1 ). Tại 80 o C: C p = 1,24 (Jg - 1 K - 1 ). Tại 120 o C: C p = 1,05 (Jg - 1 K - 1 ). Nhiệt dung pha hơi ở 25 o C, 101,3 KPa: 1,24 (Jg -1 K -1 ). Hằng số dẫn nhiệt của lỏng ở 20 o C: 0,174 (m -1 s -1 K -1 ). Hằng số dẫn nhiệt của hơi ở 25 o C: 1,09.10 - 2 (m -1 s -1 K -1 ). Hằng số giãn nở bậc ba trên mỗi độ: 0,00169. Nhiệt cháy của pha lỏng ở áp suất không đổi: 1168,79 (KJ/mol). Nhiệt hoà tan trong nước (hoà tan vô hạn ): 17906 (J/mol). Ẩn nhiệt hoá hơi ở 20,2 o C: 25,73 (KJ/mol). Nhiệt tạo thành ∆H từ các nguyên tố ở 25 o C của axetandehit ở thể khí là -166,47 kJ/mol. Sự tạo thành của axetandehit ở thể khí hay thể lỏng phụ thuộc vào nhiệt độ, entanpi của quá trình hoá hơi tại nhiệt độ là trên 800 o C và áp suất là 30 Mpa. Năng lượng Gibbs của sự tạo thành axetandehit ở thể khí từ các nguyên tố ở 25 o C: -133,81 kJ/mol. Entropi của axetandehit ở dạng khí ở 25 0 C: 265,9 (Jmol -1 K -1 ). Entropi của axetandehit ở dạng lỏng ở 20,16 0 C: 172,9 (Jmol -1 K -1 ). Thế ion hoá thứ nhất: 10,5 (eV). Hằng số điện ly ở 0 o C là: 0,7.10 -14 (mol/L). Axetandehit có thể hòa tan hoàn toàn trong nước và trong hầu hết các dung môi hữu cơ. Nó tạo thành hỗn hợp đẳng phí với nước, metanol, etanol, axetol, axit axetic hoặc benzen. Axetandehit là chất lỏng dễ bay hơi và có giới hạn nổ trong không khí là từ 4÷57 % thể tích. 9 Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 9 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm Đồ án tốt nghiệp đại học khóa 2009-2013 Trường ĐHBRVT Bảng 1.3. Bảng tóm tắt tính chất vật lý của axetandehit Tính chất vật lý Giá trị 1 Nhiệt độ sôi ở 101,2 KPa 20,16 ( o C) 2 Nhiệt độ nóng chảy -123,15 ( o C) 3 Nhiệt độ tới hạn t crit 181,5 ( o C) 4 Áp suất tới han P crit 6,44 (Mpa) 5 Tỷ trọng(theo t o C) d n 4 =0,8045-0,001325.t 6 Chỉ số khúc xạ(theo t o C) n 4 D =1,3424-0,000563.t 7 Thể tích mol ở pha khí ở áp suất 101,3kPa và 20,16 o C ở áp suất 101,3kPa và 25 o C 23,40 (l/mol) 23,84 (l/mol) 8 Thể tích riêng ở pha hơi ở 20,16 o C ở 25 o C 0,531 (m 3 /kg) 0,541 (m 3 /kg) 9 Tỷ trọng hơi so với không khí 1,52 10 Áp suất hơi ở: - 20 o C 5,17 0 C 14,76 0 C 16,4 (KPa) 57,6 (KPa) 82,0 (KPa) 11 Độ nhớt của pha lỏng ở 9,5 o C 20 o C 0,253 (mPa.s) 0,210 (mPa.s) 12 Độ nhớt của pha hơi ở 25 o C 86.10 -4 (mPa.s) 13 Sức căng bề mặt ở 20 o C 21,2.10 -2 (mN/cm) 14 Momen lưỡng cực(pha khí) 2,69 ÷ 2%D 15 Hằng số điện môi của pha lỏng ở 10 o C 21,80 16 Hằng số điện môi của pha hơi ở 20,16 o C và 101,3kPa 1,0216 17 Nhiệt dung riêng của pha lỏng ở 0 o c 20 o C của pha hơi ở 25 o C và 101,3kPa 2,18 (J/g.K) 1,24 (J/g.K) 38 (J/g.K) 18 Độ dẫn điện của pha lỏng ở 20 o C của pha hơi ở 25 o C 0,174 (J/m.s.K) 1,09.10 2 (J/m.s.K) 19 Nhiệt tạo thành của pha lỏng ở áp suất không đổi 1168,79 (KJ/mol) 10 Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 10 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm [...]... thuật hóa học 16 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm Đồ án tốt nghiệp đại học khóa 2009-2013 Trường ĐHBRVT 1.3 Phương pháp sản xuất Axetandehit 1.3.1 Quá trình sản xuất axetandehit đi từ axetylen Chất xúc tác quan trọng nhất của quá trình cộng hợp nước của axetylen trong công nghiệp là các hợp chất của thuỷ ngân: Phương pháp này chỉ thành công trong công nghiệp khi quá trình polime hoá và quá trình ngưng... axetandehit: Phản ứng tiến hành theo cơ chế sau: Theo Kusherop trước hết thuỷ ngân sunfat kết hợp với phân tử axetandehit tạo một hợp chất phức ít tan: Sau đó hợp chất phức này bị thuỷ phân cho hợp chất cacbonyl và giải phóng thuỷ ngân sunfat 17 Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 17 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm Đồ án tốt nghiệp đại học khóa 2009-2013 Trường ĐHBRVT Một phần axetandehit bị oxi hoá thành axit... thực phẩm Đồ án tốt nghiệp đại học khóa 2009-2013 Trường ĐHBRVT Thổi axetylen từ phía dưới đáy tháp lên qua dung dịch phản ứng tiến hành hydrat hoá Qua thiết bị gần 60% axetylen chuyển hoá thành axetandehit Hơi axetandehit cùng với axetylen chưa phản ứng và hơi nước thoát ra ở đỉnh tháp Ở đáy tháp phải liên tục cho hơi nước vào để bù vào lượng nước tham gia phản ứng hydrat hoá và bị bốc hơi Sơ đồ công... dụng cho công nghiệp Khó khăn chính của quá trình là chọn xúc tác và điều kiện phản ứng thích hợp Xúc tác tốt nhất cho quá trình là axit phôtphoric và muối kẽm tẩm trên than hoạt tính hoặc silicagen, dùng xúc tác này đạt được hiệu suất axetandehit là 92÷96% so với lý thuyết và axetylen chuyển hoá được 60% 23 Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 23 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm Đồ án tốt nghiệp đại học... án sản suất axetandehit từ axetylen thì phương án hydrat hóa khí axetylen ở pha lỏng có nhiều ưu điểm, cho hiệu suất cao, chi phí đầu tư thấp Các quá trình khác cũng cho hiệu suất gần bằng với nó nhưng đòi hỏi phải sử dụng nhiều thiết bị phản ứng, dẫn đến vốn đầu tư rất cao Tuy phương án này 24 Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 24 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm Đồ án tốt nghiệp đại học khóa 2009-2013... phương pháp này ở các nước đang phát triển Vì vậy trong đồ án này, em chọn phương án sản xuất axetandehit từ quá trình hydrat hóa axetylen trong pha lỏng CHƯƠNG II.TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG Các số liệu ban đầu: Năng suất: 100.000 tấn /năm 25 Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 25 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm Đồ án tốt nghiệp đại học khóa 2009-2013 Trường ĐHBRVT Thành phần nguyên... 28 Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 28 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm Đồ án tốt nghiệp đại học khóa 2009-2013 Trường ĐHBRVT Lượng axetylen tham gia phản ứng (3) là : Lượng andehit crotonic tạo ra theo phản ứng (3) là : Lượng axetylen còn dư sau quá trình hydrat hóa là: Trong quá trình sản xuất tổng lượng sản phẩm ra bằng tổng lượng nguyên liệu vào Do đó, ta có bảng cân bằng vật chất sau : Bảng... phẩm đi vào tháp hấp thụ gồm có : CH 3CHO, CH3COOH, C3H5CHO, C2H2(dư), N2 Lượng hỗn hợp khí đi vào thiết bị hấp thụ : 29 Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 29 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm Đồ án tốt nghiệp đại học khóa 2009-2013 Trường ĐHBRVT Coi axetylen bị hấp thụ 90%, vậy lượng axetylen bị hấp thụ là : Lượng axetylen không bị hấp thụ là : Mặt khác, ta biết rằng dung dịch axetandehit đi ra khỏi... Hóa học và Công nghệ thực phẩm Đồ án tốt nghiệp đại học khóa 2009-2013 Trường ĐHBRVT (chủ yếu là nước) cho quay lại tháp hydrat hoá (3) Dung dịch nước và axetandehit ngưng tụ ở thiết bị làm lạnh thứ 2 cùng với hơi và khí không ngưng cho vào tháp hấp thụ (8) Dùng nước rửa để tách axetandehit ra khỏi axetylen chưa phản ứng, thu được axetylen cho quay lại tháp hydrat hoá Để tránh tích tụ khí trơ (N 2, O2,... phenol tạo thành nhựa có khả năng tan 13 Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 13 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm Đồ án tốt nghiệp đại học khóa 2009-2013 Trường ĐHBRVT f Phản ứng cộng với hợp chất cơ Magie ( RMgX) Axetandehit phản ứng với hợp chất cơ Magie để tạo ra rượu: g Phản ứng với hợp chất bisunfit h Phản ứng oxy hoá Một lượng lớn axetandehit sản xuất ra trên thế giới được sử dụng cho việc sản . không dùng ống đồng hay bạc làm ống vận chuyển khí C 2 H 2 . 1.1.1.3. Các phương pháp tổng hợp axetylen Do axetylen là một nguyên liệu đầu vào vô cùng quan trọng trong công nghiệp tổng hợp hữu cơ Đồ án tốt nghiệp đại học khóa 2009-2013 Trường ĐHBRVT CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM 1.1.Tính chất của nguyên liệu 1.1.1. Axetylen Axetylen là một chất khí. chủ yếu trong sản xuất axetylen cho tổng hợp hữu cơ. Phương pháp này được sử dụng từ rất 4 Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 4 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm Đồ án tốt nghiệp đại học khóa 2009-2013