Đang tải... (xem toàn văn)
Khoa học càng phát triển kéo theo là kinh tế và đời sống con người phát triển, những yếu tố cấu thành sự phát triển mạnh mẽ ấy là ngành công nghệ hóa học, trong đó phải kể đến những thành công của các phản ứng tạo ra những sản phẩm đáp ứng nhu cầu của sự tiến bộ.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC TIỂU LUẬN: TỔNG HỢP HỮU CƠ ĐỀ TÀI CÔNG NGHỆ CLO HÓA BENZEN GVHD: TS. NGUYỄN VĂN BỜI SVTH: 1. NGUYỄN THỊ BĂNG GIANG 2. LÊ HỮU HẢI 3. HUỲNH THỊ DỰ 4. HOÀNG VĂN ĐỒNG 5. PHẠM VĂN DOANH 6. PHẠM ĐỨC DUY 7. TÀO THỊ BÍCH HIỀN LỚP: ĐHHO4LT NHÓM: 02 Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2010. MỤC LỤC M UỞ ĐẦ .2 1. GI I THI U NGUYÊN LI UỚ Ệ Ệ 3 1.1. BENZEN .3 1.2. Clo .5 1.2.1. Clo .7 1.2.2. Thu c tínhộ 7 1.2.3. L ch sị ử 8 1.2.5. S ph bi nự ổ ế 8 1.2.6. H p ch tợ ấ .9 1.2.7. ng vĐồ ị .9 1.2.8. Chú ý .9 1.2.9. Quy trình s n xu t cloả ấ .10 2. LÝ THUY T CLO HÓA BENZENẾ .11 2.1. Clo hóa benzen trong pha l ngỏ 11 2.2. Clo hóa benzen trong pha h iơ 11 3. C CH PH N NG CLO HÓA BENZENƠ Ế Ả Ứ 12 3.1. C S LÝ THUY TƠ Ở Ế 12 3.1.1. Clo hóa vào nhân th mơ .12 3.1.2. S n ph m thu đ c t clo hóa benzenả ẩ ượ ừ .14 3.2. C CH PH N NGƠ Ế Ả Ứ 14 3.2.1. C ch chungơ ế .14 3.2.2. C ch riêngơ ế 16 3.3. M T S I U KI N NH H NG Ộ Ố Đ Ề Ệ Ả ƯỞ .17 3.3.1. nh h ng đ n v trí c a nhóm thẢ ưở ế ị ủ ế 17 3.3.2. Các đi u ki n nh h ng khácề ệ ả ưở .18 4. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 20 4.1. CÔNG NGHỆ 20 4.2. QUY TRÌNH CLO HÓA BENZEN .21 4.2.1. S đ quy trình công ngh clo hóa benzenơ ồ ệ 21 4.2.2. Quy trình v n hànhậ 22 5. NG D NGỨ Ụ .25 5.1. MONOCLOBENZEN 26 5.2. 1,2- DICLOBENZEN 26 5.3. 1,4- DICLOBENZEN .26 5.4. 1,2,4-TRICLOROBENZEN 26 K T LU NẾ Ậ .27 1 MỞ ĐẦU Khoa học càng phát triển kéo theo là kinh tế và đời sống con người phát triển, những yếu tố cấu thành sự phát triển mạnh mẽ ấy là ngành công nghệ hóa học, trong đó phải kể đến những thành công của các phản ứng tạo ra những sản phẩm đáp ứng nhu cầu của sự tiến bộ. Những phản ứng tổng hợp hóa hữu cơ là điển hình, và các chất cacbon, nito, clo, . đã được tổng hợp để tạo thành những sản phẩm phục vụ trực tiếp trong sản xuất, đời sống. Ví dụ: công nghệ dehyro hóa Ethyl benzen sản xuất Styren, sản xuất phenol, công nghệ clo hóa benzen, . Công nghệ clo hóa benzen đã và đang được ứng dụng và phát triển rộng rãi, công nghệ đó như thế nào? Xin theo dõi trong phấn tiếp theo. 2 1. GIỚI THIỆU NGUYÊN LIỆU 1.1. BENZEN Benzen Danh pháp IUPAC Benzen Tên khác Benzol cyclohexa-1,3,5-trien Nhận dạng Số CAS [71-43-2] Số RTECS CY1400000 SMILES c1ccccc1 C1=CC=CC=C1 Thuộc tính Công thức phân tử C 6 H 6 Phân tử gam 78,1121 g/mol Bề ngoài Chất lỏng không màu Tỷ trọng 0,8786 g/cm³, chất lỏng 3 Điểm nóng chảy 5,5 °C (278,6 K) Điểm sôi 80,1 °C (353,2 K) Độ hòa tan trong nước 1,79 g/L (25 °C) Độ nhớt 0,652 cP ở 20 °C Mômen lưỡng cực 0 D Các nguy hiểm Phân loại của EU (F) Ung thư nhóm 1 Đột biến nhóm 2 Độc (T) NFPA 704 4 3 0 Chỉ dẫn R R45, 46, 11, 36/38, 48/23/24/25, 65 Chỉ dẫn S S53, 45 Điểm bắt lửa −11 °C Các hợp chất liên quan Hợp chất liên quan Toluen Borazin Ngoại trừ khi có ghi chú khác, các dữ liệu được lấy 4 cho hóa chất ở trạng thái tiêu chuẩn (25 °C, 100 kPa) Phủ nhận và tham chiếu chung Benzen thường được biết đến dưới công thức hoá học C 6 H 6 , hay còn được viết tắt là PhH, hoặc benzol, là một hợp chất hữu cơ thơm, trong điều kiện bình thường là một chất lỏng không màu, mùi dịu ngọt dễ chịu, dễ cháy. Benzen tan rất kém trong nước và rượu. Benzen có thể tác dụng với axít nitric trong điều kiện có axít sunfuric đặc làm xúc tác, để tạo thành nitro benzen (màu vàng, mùi hạnh nhân). Ngoài ra, còn có thể cộng với hidro và halogen. Benzen là một thành phần trong dầu thô, là một sản phẩm của quá trình chưng cất dầu mỏ. Tuy nhiên người ta thường tổng hợp benzen từ các chất trong dầu mỏ hơn là thu trực tiếp. Benzen được sử dụng rộng rãi trong đời sống, là một dung môi quan trọng trong công nghiệp, là chất để điều chế dược phẩm, cao su tổng hợp, thuốc nhuộm, benzen rất độc, có khả năng gây ung thư ở người rất cao. Benzen và các chất trong dãy đồng đẳng còn được gọi là aren. 1.2. Clo 17 lưu huỳnh ← clo → agon F ↑ Bảng đầy đủ Tổng quát Tên, Ký hiệu, Số clo, Cl, 17 Phân loại halôgen Nhóm, Chu kỳ, Khối 17, 3, p Khối lượng riêng, Độ cứng 3,214 kg/m³, ? Bề ngoài khí màu vàng lục nhạt Tính chất nguyên tử Khối lượng nguyên tử 35,453(2) đ.v. Bán kính nguyên tử (calc.) 100 (79) pm 5 Bán kính cộng hoá trị 99 pm Bán kính van der Waals 175 pm Cấu hình electron [Ne]3s 2 3p 5 e - trên mức năng lượng 2, 8, 7 Trạng thái ôxi hóa (Ôxít) ±1, 3, 5, 7 (axít mạnh) Cấu trúc tinh thể trực thoi Tính chất vật lý Trạng thái vật chất khí Điểm nóng chảy 171,6 K (-150,52 °F) Điểm sôi 239,11 K (-29,002 °F) Trạng thái trật tự từ không nhiễm từ Thể tích phân tử 22.100 ×10 -6 m³/mol Nhiệt bay hơi 10,2 kJ/mol Nhiệt nóng chảy 3,203 kJ/mol Áp suất hơi 100k Pa tại 239 K Vận tốc âm thanh 206 m/s tại 273 K Thông tin khác Độ âm điện 3,16 (thang Pauling) Nhiệt dung riêng 480 J/(kg·K) Độ dẫn điện ? /Ω·m Độ dẫn nhiệt 0,0089 W/(m·K) Năng lượng ion hóa 1. 1.251,2 kJ/mol 2. 2.298 kJ/mol 3. 3.822 kJ/mol 4. 5.158,6 kJ/mol 5. 6.542 kJ/mol 6. 9.362 kJ/mol 6 7. 11.018 kJ/mol 8. 33.604 kJ/mol 9. 38.600 kJ/mol 10.43.961 kJ/mol 11.51.068 kJ/mol 12.57.119 kJ/mol 13.63.363 kJ/mol 14.72.341 kJ/mol 15.78.095 kJ/mol 16.352.994 kJ/mol 17.380.760 kJ/mol Chất đồng vị ổn định nhất iso TN t ½ DM DE M eV DP 35 Cl 75,77% Ổn định có 18 neutron 36 Cl tổng hợp 3,01×10 5 năm β − 0,709 36 Ar ε — 36 S 37 Cl 24,23% Ổn định có 20 neutron Đơn vị SI và STP được dùng trừ khi có ghi chú. 1.2.1. Clo (từ tiếng Hy Lạp χλωρος Chloros, có nghĩa là "lục nhạt") là nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn nguyên tố có ký hiệu Cl và số nguyên tử bằng 17. Nó là một halôgen, nằm trong nhóm 17 của bảng tuần hoàn. Là một thành phần của muối ăn và các hợp chất khác, nó là phổ biến trong tự nhiên và cần thiết để tạo ra phần lớn các loại hình sự sống, bao gồm cả cơ thể người. Ở dạng khí, nó có màu vàng lục nhạt, nó nặng hơn không khí khoảng 2,5 lần, có mùi hắc khó ngửi, và là chất độc cực mạnh. Nó là một chất ôxi hóa, chất tẩy trắng và khử trùng rất mạnh. 1.2.2. Thuộc tính Ở dạng nguyên tố, clo có dạng khí (ở điều kiện tiêu chuẩn) nhị nguyên tử (phân tử) có màu vàng lục nhạt. Nguyên tố này là thành viên của nhóm halôgen tạo ra một loạt các muối và được tách ra từ các clorua thông qua quá trình ôxi hóa hay phổ biến hơn là điện phân. Clo là một khí có khả năng phản ứng ngay lập tức gần như với mọi nguyên tố. Ở 10 °C một lít nước hòa tan 3,10 lít clo và ở 30 °C chỉ là 1,77 lít. 7 1.2.3. Lịch sử Clo (tiếng Hy Lạp: χλωρος, khí màu vàng lục) được phát hiện năm 1774 bởi Carl Wilhelm Scheele, là người đã sai lầm khi cho rằng nó chứa ôxy. Clo được đặt tên năm 1810 bởi Humphry Davy, là người khẳng định nó là một nguyên tố. 1.2.4. Ứng dụng Clo là một hóa chất quan trọng trong làm tinh khiết nước, trong việc khử trùng hay tẩy trắng và là khí gây ngạt (mù tạc). Clo được sử dụng rộng rãi trong sản xuất của nhiều đồ vật sử dụng hàng ngày. • Sử dụng (trong dạng axít hypoclorơ HClO) để diệt khuẩn từ nước uống và trong các bể bơi. Thậm chí một lượng nhỏ nước uống hiện nay cũng là được xử lí với clo. • Sử dụng rộng rãi trong sản xuất giấy, khử trùng, thuốc nhuộm, thực phẩm, thuốc trừ sâu, sơn, sản phẩm hóa dầu, chất dẻo, dược phẩm, dệt may, dung môi và nhiều sản phẩm tiêu dùng khác. Trong hóa hữu cơ chất này được sử dụng rộng rãi như là chất ôxi hóa và chất thế vì clo thông thường tạo ra nhiều thuộc tính có ý nghĩa trong các hợp chất hữu cơ khi nó thây thế hiđrô (chẳng hạn như trong sản xuất cao su tổng hợp). Clo cũng được sử dụng trong sản xuất các clorat, clorôfom, tetraclorua cacbon và trong việc chiết xuất brôm. 1.2.5. Sự phổ biến Trong tự nhiên clo chỉ được tìm thấy trong dạng các ion clorua (Cl - ). Các clorua tạo ra các loại muối hòa tan trong nước biển — khoảng 1,9% khối lượng của nước biển là các ion clorua. Trong nước của biển Chết và các mỏ nước mặn ngầm thì nồng độ của các ion clorua còn cao hơn nữa. Phần lớn các muối clorua hòa tan trong nước, vì thế các clorua rắn thông thường chỉ tìm thấy trong những vùng khí hậu khô hoặc ở sâu dưới đất. Các khoáng chất thông dụng chứa clorua là halit (muối mỏ) (clorua natri), sylvit (clorua kali) và cacnalit (clorua magiê kali ngậm sáu phân tử nước). Về công nghiệp, clo nguyên tố được sản xuất bằng cách điện phân dung dịch clorua natri trong nước. Cùng với clo, quy trình khử clo của kim loại kiềm sinh ra khí hiđrô và hiđrôxít natri, theo phản ứng sau: 8 [...]... THUYẾT CLO HÓA BENZEN Có hai phương pháp clo hóa benzen dược tiến hành trong giai đoạn hiện nay đó là: clo hóa benzen trong pha lỏng và clo hóa trong pha benzen trong pha hơi 2.1 Clo hóa benzen trong pha lỏng Clo hóa Benzen trong công nghiệp ngày nay chủ yếu thực hiện trong pha lỏng với khí clo Quá trình đó được xảy ra theo phương trình phản ứng sau Cl Cl Cl Cl Cl2/FeCl3 Cl2/FeCl3 + 1,4-diclobenzen... 1,4-diclobenzen Cl 1,2-diclobenzen 2.2 Clo hóa benzen trong pha hơi Trong công nghiệp clo hóa Benzen còn có một phương pháp khác là oxy -clo hóa trong pha hơi (với hỗn hợp HCl+O2 trong xúc tác CuO) C6H6 + HCl + 1/2O2 C6H5Cl + H2O Nhưng do phương pháp này cần một lượng năng lượng lớn nên kém phần kinh tế 11 3 CƠ CHẾ PHẢN ỨNG CLO HÓA BENZEN 3.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT Clo hóa Benzen trong công nghiệp ngày nay chủ... thu hợp chất policlo, ngược lại dùng lượng dư clo 13 3.1.2 Sản phẩm thu được từ clo hóa benzen Clo benzen C6H5Cl (chất lỏng, sôi ở 132oC) thu được bằng cách: clo hoá benzen với sự tạo thành sản phẩm phụ diclobenzen Sử dụng như dung môi và bán sản phẩm để tổng hợp một số nitro-clobenzen, clo- anylin, nitrofenol (trước đây từ clobenzen người ta thu được phenol và thuốc trừ sâu DDT) Diclobenzen C6H4Cl2 tạo... hoà tan trong dung môi hữu cơ clorobenzen -45 132 1106 nt o-diclorobenzen -17.2 180.4 1306 nt p-diclorobenzen 53 1.4 1458 nt Clobenzen được sử dụng để sản xuất phenol, nguyên liệu để sản xuất DDT (trước đây), là nguyên liệu của công nghiệp hoá học (sản xuất clobenzen, nitrobenzene và để làm dung môi o- diclobenzen sử dụng làm dung môi và là nguyên liệu trung hoà p- diclobenzen chủ yếu sử dụng làm dung... TRÌNH CLO HÓA BENZEN 4.2.1 Sơ đồ quy trình công nghệ clo hóa benzen 21 1.Thùng chứa benzen; 2 thiết bị làm khan; 3 thiết bị clo hoá; 4 tháp hấp phụ; 5 tháp rửa bằng nước; 6 thùng trung hoà; 7 thùng tách pha; 8 thiết bị bốc hơi; 9 tháp cất benzen; 10 tháp cất clorobenzen; 11-14.thiết bị kết tinh; 12-15.ly tâm; 13 làm nóng tháp; 16 tháp cất diclorobenze 4.2.2 Quy trình vận hành Với sơ đồ công nghệ sản... không này là hỗn hợp diclobenzen (o- và p- diclobenzen) được làm lạnh, lúc này đồng phân para kết tinh, ly tâm thu được p- diclobenzen, o- diclobenzen nằm lạitrong dịch lọc ly tâm p- diclobenzen được kết tinh lại bằng cách làm nóng chảy và để kết tinh Lọc ly tâm Dung dịch lọc của odiclobenzen được gộp lại và cất chân không Cũng cần nhấn mạnh rằng trong quá trình sản xuất clorobenzen hai yếu tố mâu thuẫn... khi sản xuất clobenzen đó là hỗn hợp đồng phân 40% octo, 55% rượu para, 5% meta Tinh thể hoá nó tách được p-diclobenzen (to nóng chảy 53oC), nó dùng làm thuốc trừ sâu Phần còn lại từ tinh thể hoá là o-diclobenzen kỹ thuật, dùng làm dung môi Hexaclobenzen C6Cl6 (to nóng chảy -231oC) thu được bằng cách clo hoá bất kì clorua benzen nào Nó là thuốc diệt nấm và bán sản phẩm để sản xuất penta-clofenol và... cất loại benzene và lấy clorobenzen, diclorobenzen Xúc tác trong tháp 1 và 2 là vỏ bào sắt, cứ hàng tuần được bổ sung vào 24 Sơ đồ sản xuất clorobenzen 1.thiết bị tiền clo hoá; 2 thiết bị clo hoá; 3.thiết bị đun sôi đuổi HCl; 4 cột lọc loại sắt; 5 trao đổi nhiệt; 6 bình tách pha 5 ỨNG DỤNG 25 5.1 MONOCLOBENZEN Được sử dụng chủ yếu trong các lĩnh vực: • 77% dùng để sản xuất nitrobenzene •... SỞ LÝ THUYẾT Clo hóa Benzen trong công nghiệp ngày nay chủ yếu thực hiện trong pha lỏng với khí clo Quá trình đó được xảy ra theo phương trình phản ứng sau: Cl Cl Cl Cl Cl 2/FeCl 3 Cl 2/FeCl 3 + 1, 2 -diclobenzen Cl 1,4-diclobenzen Trong công nghiệp clo hóa Benzen còn có một phương pháp khác là oxy -clo hóa trong pha hơi (với hỗn hợp HCl+O2 trong xúc tác CuO) C6H6 + HCl + 1/2O2 → C6H5Cl + H2O Nhưng... lệ sản phẩm phụ càng lớn 19 4 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 4.1 CÔNG NGHỆ Với mục đích điều chế sản phẩm monoclobenzen là chủ yếu thì thực hiện phản ứng ở nhiệt độ thấp (40oC), còn nếu mục đích là điều chế ra sản phẩm là diclobenzen thì thực hiện ở nhiệt độ cao hơn (55÷ 60oC) Thực hiện clo hoá ở nhiệt độ 40oC với xúc tác FeCl3 thành phần hỗn hợp sản phẩm clo hoá - độ clo hoá có thể thấy trong đồ thị Hàm số phụ . đời sống. Ví dụ: công nghệ dehyro hóa Ethyl benzen sản xuất Styren, sản xuất phenol, công nghệ clo hóa benzen, ... Công nghệ clo hóa benzen đã và đang. THUYẾT CLO HÓA BENZEN Có hai phương pháp clo hóa benzen dược tiến hành trong giai đoạn hiện nay đó là: clo hóa benzen trong pha lỏng và clo hóa trong pha benzen