Đồ án môn học Thiết kế phân xưởng sản xuất VA từ C2H4

PHẦN I TỔNG QUAN LÝ THUYẾTCHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LIỆU CỦA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT VINYL AXETAT TỪ ETYLEN I-Giới thiệu, tính chất vật lý, tính chất hóa học, các phương pháp sản xuất và

PHẦN I TỔNG QUAN LÝ THUYẾT

CHƯƠNG I:

GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LIỆU CỦA QUÁ TRÌNH SẢN

XUẤT VINYL AXETAT TỪ ETYLEN

I-Giới thiệu, tính chất vật lý, tính chất hóa học, các phương pháp sản xuất và ứng dụng của Etylen:

1-Giới thiệu:

Etylen có công thức cấu tạo CH2 = CH2, khối lượng phân tử M=28,052,trên phạm vi thế giới etylen là một chất chiếm thể tích lớn nhất trong việctổng hợp hóa dầu Etylen không được sử dụng một cách trực tiếp mà etylenđược sử dụng như là một chất trung gian để sản xuất ra các chất khác với sốlượng lớn trong hóa học Từ năm 1930 ở Châu Âu, etylen được sản xuất từcốc, thậm chí từ khí và một số nguồn khác Etylen nổi lên ở giữa năm 1940khi U.S oil và các công ty hóa học bắt đầu tách được etylen từ khí thải tinhchế trong nhà máy lọc dầu, sản xuất từ etan trong nhà máy lọc dầu bởi sảnphẩm ở dạng hơi và từ khí thiên nhiên Từ đó etylen đã dần thay thế axetylentrong việc tổng hợp hữu cơ Năm 1984 ở Mỹ sản lượng etylen đạt 17.543.000tấn và cũng năm này cả thế giới đã sản xuất được 47.565.000 tấn etylen

2-Tính chất vật lý:

Etylen là một chất khí đứng đầu trong dãy đồng đẳng anken, khôngmàu, không mùi, hầu như không tan trong nước (ở 0oC, 100 thể tích nước hòatan 0,25 thể tích khí etylen) Etylen hóa lỏng ở –105oC, tỷ trọng d420 =0,566

3-Tính chất hóa học:

Etylen là một hyđrocacbon không no, lai hóa sp2 trong cấu tạo có 1 liênkết , 1 liên kết , liên kết  kém bền so với liên kết , nên có những phảnứng quan trọng như: cộng, oxy hóa, trùng hợp

3.1-Phản ứng cộng :

Các phản ứng đặc trưng nhất của etylen là phản ứng cộng vào liên kếtđôi

Etylen clohiđrinEtylen bromhiđrin

Trong phản ứng này, liên kết đôi thực chất là liên kết  bị bẻ gãy và kết hợpvới 2 nguyên tử hoặc 2 nhóm nguyên tử khác tạo ra hợp chất no

-AlAl2O3

-AlH2AlCl3

80÷1000C

Quá trình thực hiện với sự có mặt của xúc tác ở dạng phức lỏng chứa10÷12% AlCl3, 50÷60% benzen, 25÷30% polyankyl benzen Nhiệt độ phảnứng 80÷1000C

Nếu đun nóng ở 4000C, CaCl2 nóng chảy làm xúc tác tạo được vinylcloruavới hiệu suất 65  67%

CH2 = CH2 + Cl2 CH2 = CHCl + HCl

3.2-Phản ứng oxy hóa:

3.2.1- Oxy hóa hoàn toàn:

CH2 = CH2 + 3O2 2CO2 + 2H2O H0 135KJ/mol



3.2.2- Oxy hóa không hoàn toàn :

 Phản ứng oxy hóa etylen tạo etylen oxit:

CH2=CH2 + 0,5 CH2  CH2 H0 108KJ/mol



5CH2=CH2 + 5O2 4CH2  CH2 + 2CO2 + H2O

 Phản ứng oxy hóa bởi SeO2:

Sinh viên thực hiện: Phan Văn Nhân trang 3

+NaOH-AlNaCl, -AlH2O

CaCl400 2 nc

0C

O

xt Ag2003000C

 Phản ứng oxy hóa có mặt CH3COOH:

CH2=CH2 + CH3COOH + 0,5O2 CH2  CHOCOCH3 + H2O

H0 180KJ/mol



3.3-Phản ứng trùng hợp:

Một trong những phản ứng quan trọng nhất trong kỹ thuật hiện nay làphản ứng trùng hợp tạo ra các polyme Quá trình tỏa nhiệt mạnh, etylen tỏanhiệt lớn nhất trong trùng hợp ở thể khí là 800 cal/g

nCH2 = CH2 [ CH2  CH2 ]n (Poly etylen)Polyme này có giá trị cao trong đời sống: được dùng để sản xuất nhựa, vải tổng hợp

3.4-Phản ứng tổng hợp oxo:

Tổng hợp oxo là tổng hợp các anđehit hay xeton từ oxit cacbon và hiđro.Etylen thực hiện phản ứng tổng hợp oxo tạo ra andehit propanic bằng cáchphóng khí than ướt (CO:H2 =1:1) đi qua etylen ở nhiệt độ 50  1000C và ápsuất 10Mpa với xúc tác Coban, phản ứng tỏa nhiệt mạnh

CH2  CH2 + CO + H2 CH3  CH2  CHO 0 117Kj / mol

298  



4-Phương pháp điều chế: Có 4 phương pháp sản xuất etylen:

- Lấy etylen từ khí dầu mỏ và khí cốc

- Nhiệt phân etan và propan

- Khử nước của rượu etylic

- Hydro hóa axetylen

4.1-Lấy etylen từ khí dầu mỏ và khí cốc:

Sinh viên thực hiện: Phan Văn Nhân trang 4

Phương pháp này đơn giản nhất, thực hiện các quá trình ngưng tụ, hấp thụvà tinh luyện để tách riêng etylen

4.2-Nhiệt phân etan và propan:

Etan và propan bị nhiệt phân thành etylen theo phản ứng:

C2H6 C2H4 + H2 (1)

C3H8 C2H4 + CH4 (2)

Phản ứng (1) là phản ứng khử hydro, phản ứng (2) là phản ứng cracking bẻgãy liên kết CC Vì liên kết CH bền hơn liên kết CC nên phản ứng (1)phải thực hiện ở nhiệt độ cao 90010000C Phản ứng (2) thực hiện ở nhiệt độ7008000C Với điều kiện như vậy etylen kém bền dễ bị khử hyđro tiếp tụcbiến thành axetylen, đứt liên kết CC tạo thành metan và phân hủy tiếp tụcthành muội than

Vì vậy phải lấy nhanh khí sản phẩm ra khỏi vùng phản ứng, giảm thờigian tiếp xúc của etan và propan ở vùng nhiệt độ cao Với etan chỉ cho xúctác 0,01giây ở vùng 10000C, với propan 0,06giây ở vùng 8500C Nhưng nhưvậy nung nóng khí trong thời gian ngắn rất khó khăn, thực hiện chế độ kỹthuật rất chính xác, nên người ta phải pha loãng khí để giảm áp suất riêngphần của khí cacbuahyđro hay thực hiện quá trình dưới áp suất thấp

Có 3 phương pháp nhiệt phân:

 Nhiệt phân đun nóng bên ngoài: tiến hành trong các lò ống, giống thiết bịcracking nhiệt dầu mỏ, ống lò làm bằng thép chịu nhiệt crômmolipden Hiệusuất chuyển hóa là 70% tính theo etylen Sản phẩm đi ra dùng các tia nướctưới vào để làm nguội đến 400C Khí etylen đem làm sạch và khi cần thiếtphải đem phân riêng

 Nhiệt phân oxy hóa: cho thêm vào etan 30% thể tích oxy kỹ thuật, etan bịoxy hóa tạo thành oxit cacbon Phản ứng tỏa nhiệt để cung cấp nhiệt chophản ứng khử hyđro, do đó không cần nung nóng etan Phản ứng:

C2H6 + O2 2CO + 3H2 + 50Kcal

2C2H6 2C2H4 + 2H2  42Kcal

3C2H6 + O2 2C2H4 + 5H2 + 2CO + 8Kcal

Trong lò nhiệt phân có nhiều dây điện đốt nóng để tăng bề mặt tiếp xúc vàduy trì ơ û áp suất thấp 0,6  5atm, nhiệt độ khí etylen ra khỏi lò là 8500C.

 Nhiệt phân dùng lớp đệm nung nóng chuyển động: lớp đệm có tác dụng làchất mang nhiệt để cung cấp cho phản ứng nhiệt phân Ưu điểm của phươngpháp này là khí tiếp xúc với vùng nhiệt độ cao trong thời gian rất ngắn

Trong công nghiệp ít khi dùng etan hay propan nguyên chất để nhiệtphân mà thường dùng hỗn hợp khí etan-Alpropan Sản phẩm thu được ở dạnghỗn hợp khí, thành phần tùy thuộc nguyên liệu đem dùng, nhiệt độ và áp suấtkhống chế trong thiết bị

4.3-Khử nước của rượu etylic:

Phương pháp này hiện hay ít dùng vì rượu etylic là nguồn nguyên liệuđắt tiền, chỉ dùng ở các nước không có các nguồn nguyên liệu khác để điềuchế etylen và yêu cầu etylen có độ sạch rất cao Phản ứng khử nước của rượuetylic có thể tiến hành theo 2 hướng: tạo thành etylen và tạo thành ete

C2H5OH C2H4 + H2O

2C2H5OH C2H5OC2H5 + H2O

Nhiệt độ quá trình càng thấp thì lượng ete tạo ra càng nhiều Khi dùng xúctác -AlAl2O3, nhiệt độ 3506000C thì rượu etylic phân hủy hoàn toàn thànhetylen

Nếu dùng xúc tác H2SO4 và nhiệt độ lớn hơn 1700C cũng sẽ tạo thành etylen.Tiến hành phản ứng trong thiết bị hình ống trong có chứa xúc tác Sản phẩmthu được đem làm lạnh, nước, ete, rượu sẽ ngưng tụ còn lại etylen đem đi làmsạch và sấy

4.4-Hyđro hóa axetylen:

Phương pháp này dùng ở các nước không có dầu mỏ và khí cacbua hyđro Sovới phương pháp khử nước của rượu etylic thì phương pháp này kinh tế hơn.Phản ứng hyđro hóa axetylen tiến hành ở áp suất thường, nhiệt độ 2500C,dùng xúc tác là Pd mang trên silicagen

C2H2 + H2 C2H4 + 42Kcal

Sinh viên thực hiện: Phan Văn Nhân trang 6

KOH đặc

Phản ứng tỏa nhiệt mạnh, để dễ dàng khống chế nhiệt độ phải pha loãngaxetylen bằng hyđro và khí tuần hoàn để C2H4 có nồng độ 12% trong hỗn hợpkhí Dùng nước làm sạch etylen

Trong khí sản phẩm gồm:

C2H2 : 0,2%

C2H6 : 3,0%

C2H4 : 63%

Khí trơ và hyđrocacbua cao: 2,7%

Hiệu suất etylen đạt 8085%

 Ngoài các phương pháp điều chế chính như trên còn có các phương phápphụ sau:

ra trong điều kiện tương đối ôn hòa nhưng hiệu suất lại rất cao Etylen có khảnăng thực hiện phản ứng thế để tạo ra các monome vinyl trong sản xuất chấtdẻo PVC cũng như có khả năng trùng hợp để cho polietylen Vì vậy trên 65%etylen được sử dụng để sản xuất các loại chất dẻo: PE,PS,PVC,PA,PVA,AS(nhựa acrylonitril styren), ABS(nhựa acylonitril butadien),SBR(cao su tổnghợp styren butadien) ,10% etylen dùng để sản xuất chất chống băng, còn lạiđược dùng để sản xuất các hóa chất cho nhiều ngành khác, trong đó quantrọng hơn cả là sản xuất chất hoạt động bề mặt và dung môi

Etylen cháy với ngọn lửa sáng hơn ngọn lửa mêtan, tạo thành khí CO2

và hơi nước Hỗn hợp etylen và oxy là hỗn hợp nổ mạnh vì phản ứng đốtcháy tỏa nhiều nhiệt Do đó có thể dùng etylen với oxy để hàn cắt kim loại.Ngoài ứng dụng trong tổng hợp hữu cơ với rất nhiều sản phẩm quí,etylen còn dùng để giấm quả xanh vì etylen có tác dụng kích thích sự họatđộng của các men làm quả mau chín Do đó có thể dùng etylen để giấm càchua, chanh, chuối với nồng độ rất loãng ở 18200C

II-Giới thiệu, tính chất vật lý, tính chất hóa học, các phương pháp điều chế và ứng dụng của axit axetic:

1-Giới thiệu:

Axit axetic có công thức hóa học CH3COOH, khối lượng phân tửM=60,05, là chất lỏng không màu, có tính ăn mòn Axit axetic có mùi hăngvà chất nguy hiểm với da Axit axetic được tìm thấy trong dung dịch loãngcủa nhiều loại động thực vật Trong giấm có khoảng 412% axit axetic vàđược sản xuất bằng phương pháp lên men rượu Nó được tìm thấy cách đâyhơn 5000 năm trước

Hiện nay các nước sản xuất axit axetic tổng hợp nhiều nhất là Mỹ, TâyÂu, Nhật Bản, Canada và Mexico.Tổng công suất của các nhà máy sản xuấtaxit axetic tại các nước này đạt 4 triệu tấn/năm Axit axetic được sử dụngtrong nhà máy sản xuất vinyl axetat và anhyđric axetic Vinyl axetat được sửdụng trong quá trình sản xuất nhựa latic làm phụ gia cho sơn, keo dán, giấybọc và trong công nghiệp dệt Anhyđric axetic được sử dụng để sản xuất sợixenlulo axetat, đầu lọc thuốc lá, và nhựa xelulo

2-Tính chất vật lý:

Axit axetic có nhiệt độ nóng chảy 16,660C, nhiệt độ sôi 117,90C ở ápsuất 101,3Kpa Axit axetic ở nhiệt độ thường là một chất lỏng không màu,trong suốt, thường lẫn các tạp chất như nước, anhyđric axetic và các chất dễoxy hóa khác Axit axetic đóng rắn (chứa<1% nước) có tính hút ẩm mạnh Sựcó mặt của nước ở nồng độ nhỏ hơn 0,1% thể tích làm giảm nhiệt độ nóngchảy của axit axetic khoảng 0,20C

Sinh viên thực hiện: Phan Văn Nhân trang 8

Axit axetic tan vô hạn trong nước, là dung môi tan tốt trong các chất hữu

cơ, vô cơ Nó là hợp chất rất ổn định, hơi của nó không phân hủy ở 4000C.Axit axetic có mùi hăng chua, là chất độc, dễ làm hỏng niêm mạt mắt, làmhỏng da khi ở dạng đặc Khi bị làm lạnh đóng rắn thành tinh thể không màudạng lá mỏng Người ta có thể đánh giá độ tinh khiết của axit axetic quanhiệt độ đông đặc Nhiệt độ đông đặc của dung dịch axit axetic được chobảng sau:

Tỷ trọng của dung dịch axit axetic đạt cực đại ở khoảng nồng độ7778% trọng lượng tại nhiệt độ 150C Tỷ trọng của axit axetic tinh khiết làmột hàm phụ thuộc vào nhiệt độ và được cho trong bảng sau:

3-Tính chất hóa học:

3.1-Tính axit:

Trong dung dịch nước, axit axetic phân ly tạo ra anion, cation:

CH3COOH + HOH CH3COO + H3O+

So với axit vô cơ, axit axetic là axit yếu, có hằng số axit:

] ].[

O H COO CH Ka

Phản ứng với NaOH:

CH3COOH + NaOH CH3COONa + H2O

3.2-Phản ứng xảy ra ở nguyên tử C của nhóm cacboxyl:

Nguyên tử C của nhóm cacboxyl tích một phần điện dương, do sự phâncực của nối đôi cacbonyl (CO), do sự chuyển dịch điện tử không chia củaoxy trong nhóm hyđroxyl (OH) mà một phần điện tích dương trên nguyên tử

C của nhóm cacboxyl nhỏ hơn so với trường hợp nguyên tử C của nhómcacbonyl trong anđehit Thường các phản ứng này dùng axit vô cơ làm chấtxúc tác.Vai trò của axit vô cơ là làm tăng mật độ điện tích dương trên nguyêntử C của nhóm cacboxyl tạo điều kiện cho sự tấn công nucleophyl của tácnhân X Tiếp đó là đứt liên kết COH, hoàn nguyên lại xúc tác và cho sảnphẩm cuối

3.2.1-Phản ứng este hóa:

Axit axetic khi tác dụng với rượu etylic có mặt xúc tác axit vô cơ tạo ra este.Đây là phản ứng thuận nghịch.

CH3COOH + C2H5OH CH3COOC2H5 + H2O

Este etyl axetat

3.2.2-Tạo thành clorua axetyl:

Axit axetic tác dụng với pentaclorua photpho, triclorua photpho, thionylclorua sẽ tạo thành clorua axetyl do sự thế nhóm OH bằng nhóm Cl

CH3COOH + SOCl2 CH3COCl + SO2 + HCl

CH3COOH + PCl5 CH3COCl + POCl3 + HCl

3CH3COOH + PCl3 3 CH3COCl + H3PO3

3.3-Phản ứng decacboxyl hóa:

 Đối với axit axetic, khi đun nóng muối natri của nó với vôi tôi xút chometan

CH3COOH CH4 + CO2

Dưới tác dụng của nhiệt độ, xúc tác MnO2 tạo ra axeton

2CH3COOH CH3COCH3 + CO2 + H2O

3.4-Phản ứng của nguyên tử cacbon :

Do hiệu ứng siêu liên hợp với nhóm cacbonyl (CO), nguyên tử hyđro  trongaxit axetic dễ bị thay thế bởi halogen Phản ứng tiến hành tốt nhất khi cólượng photpho đỏ

CH3COOH + Br2 BrCH2COOH + HBr

CH3COOH + Cl2 ClCH2COOH + HCl

Tác dụng của photpho đỏ là làm chuyển hóa axit axetic thành -Albromuaaxetyl, chất này dưới tác dụng của xúc tác axit tạo điều kiện cho halogen tấncông vào

Sinh viên thực hiện: Phan Văn Nhân trang 10

NaOH CaO

4000CMnO2

P đỏ901000C S

3.5-Tạo thành axetamit:

Khi đun nóng axit axetic với amoniac tạo thành muối amoni axetyl, sau đóphản ứng tiếp theo tạo thành axetamit

3.6-Tạo thành anhyđrit axetic:

 Khi đun nóng ở nhiệt độ 700  8000C với chất hút nước mạnh P2O5, haiphân tử axit axetic mất 1 phân tử nước tạo ra anhyđrit axetic

2CH3COOH (CH3CO)2O + H2O

3.7-Tác dụng với kim loại tạo muối axetat:

Axit axetic khi phản ứng với kim loại như Mn, Zn,Cu,Na tạo ra muốiaxetat

Các loại muối này có giá trị sử dụng lớn: axetat Zn, axetat Cu được sử dụngđể sản xuất bột màu Ngoài ra còn có axetat Fe, axetat Na, axetat Mn dùnglàm xúc tác cho quá trình tổng hợp hữu cơ

CH3COOH + Na CH3COONa + 0,5H2

2CH3COOH Mn (CH3COO)2Mn + H2

3.8-Tạo axit peraxetic:

Oxy hóa axit axetic bằng H2O2 tạo ra axit peraxetic

CH3COOH + H2O2 CH3COOOH + H2OPhản ứng này xảy ra với sự có mặt của xúc tác H2SO4 (10  20% trọnglượng) Hiện nay người ta dùng axit peraxetic để điều chế các hợp chấtepoxy

3.9-Tạo ra axeton phenol:

Khi cho hơi của hỗn hợp axit axetic và axit bezoic đi qua xúc tác ThO2 hoặcMnO2 ở 400  5000C tạo ra axetôn phenol

CH3COOH + C6H5COOH C6H5COCH3 + CO2 + H2O

3.10-Tác dụng với axetylen:

 Axit axetic tác dụng với axetylen khi có mặt của xúc tác Hg ở 70  800Csẽ tạo thành etyliden diaxetat

2CH3COOH + C2H2 CH3CH(OCOCH3)2

P2O5

700 

8000C

Khi đốt nóng etyliden diaxetat có mặt của xúc tác sẽ phân hủy thànhaxetalđehit và anhyđrit axetic.

CH3CH(OCOCH3)2 CH3CHO + (CH3CO)2O

 Từ axit axetic và axetylen tạo ra este không no là vinyl axetat

CH3COOH + C2H2 CH2 = CHOCOCH3 H0 28 , 3Kcal



3.11-Tác dụng với etylen:

Axit axetic tác dụng với etylen có mặt của oxy tạo thành vinyl axetat

CH3COOH + C2H4 + 0,5O2 CH2 = CHOCOCH3 + H2O

mol KJ

5-Điều chế axit axetic:

Axit axetic được dùng rộng rãi trong công nghiệp, đời sống và y học.Công nghiệp sản xuất axit axetic phát triển từ sau đại chiến thế giới thứ haivà hiện nay đang phát triển mạnh mẽ Có rất nhiều phương pháp điều chếaxit axetic, trước đây người ta điều chế bằng phương pháp lên men và chưngkhô gỗ, oxy hóa rượu etylic Nhưng trước những yêu cầu sử dụng axit axeticngày càng lớn đòi hỏi phải sản xuất theo phương pháp tổng hợp

Có các phương pháp chính sau:

 Oxy hóa axetalđehit

 Tổng hợp từ oxit cacbon và rượu metylic

 Oxy hóa hyđro cacbon butan, naphta

Vào năm 1984 thế giới đã sản xuất ra 4,4.106 tấn/năm axit axetic Đến năm

1986 sản xuất ra 4,6.106 tấn/năm axit axetic

5.1-Oxy hóa axetalđehit:

Phương pháp oxy hóa axetaldehit để điều chế axit axetic được dùngrộng rãi trong công nghiệp ở nhiều nước Phản ứng tổng quát:

Sinh viên thực hiện: Phan Văn Nhân trang 12

CH3CHO + 0,5O2 CH3COOH

5.2 -Oxy hóa nbutan trong pha lỏng:

5.3-Sản xuất axit axetic từ oxit cacbon và metanol:

 Năm 1913, hãng BASF đã thiết kế quá trình sản xuất axit axetic từmetanol và CO ở nhiệt độ phản ứng là 2500C, áp suất 70Mpa

CH3OH + CO CH3COOH H0 138 , 6KJ/mol



Xúc tác : Co(CO)8, xúc tác chứa Co này được hoạt hóa bằng axit HI

BASF đã sử dụng xúc tác phức Co thu được axit axetic vào các năm như sau:

5.4-Đi từ axetylen, etylen:

+ 0,5O2+ 0,5O2

 H2

+ 0,5O2

CHƯƠNG II:

GIỚI THIỆU VỀ SẢN PHẨM VINYL AXETAT

I-Giới thiệu chung:

Vinyl axetat có công thức cấu tạo CH2 = CH  O COCH3, khối lượng phântử M=86,091, gọi tắt là VA, là một trong những monomer quan trọng trong côngnghiệp chất dẻo và sợi tổng hợp vinylen VA còn được dùng để sản xuất sơn,keo dáng có độ bền cao, bền với hóa chất và các chất oxy hóa khác

VA được biết vào năm 1912 trong quá trình điều chế etyliđen điaxetat từaxetylen và axit axetic Công nghiệp sản xuất VA xuất hiện đầu tiên vàonăm 1925 và từ đó đến nay công nghệ sản xuất VA ngày càng hoàn thiện,phát triển mạnh mẽ Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ sản xuất VA đãlàm cho sản lượng VA trên thế giới không ngừng tăng lên vào những năm

1950 Năm 1968 ở Mỹ đã sản xuất được 708 triệu pound và cũng năm nàymột số lượng lớn VA được sản xuất ra ở Nhật Bản và Châu Âu

II-Tính chất vật lý:

VA là chất lỏng cháy được, khi cháy có mùi đặc trưng nhẹ, không màu,rất linh động Hơi của VA có thể gây tổn thương đến mắt bởi sự thủy phâncủa nó tạo thành axit axetic và axetalđehit Nó không tồn tại ở điều kiệnthường

Một số tính chất vật lý quan trọng của VA:

Nhiệt độ sôi ở 760mmHg : 72,70C

Áp suất hơi ở 200C : 92mmHg

Tỷ trọng chất lỏng

20 4

Tỷ trọng

20/200C : 0,934210/200C : 0,9455Nhiệt độ nóng chảy : 92,80C

Sinh viên thực hiện: Phan Văn Nhân trang 14

Nhiệt độ đông đặc : 100,20C

Nhiệt dung riêng

Điểm cháy

Cốc kín : 180FCốc hở : 300FNhiệt dung của VA hơi ở

200C : 22,5cal/sec.cm.0C

1000C : 27,3cal/sec.cm.0CNhiệt độ tới hạn : 140,80C

Áp suất tới hạn : 45,67atm

Nhiệt độ tự bốc cháy : 4270C

Nhiệt nóng chảy : 495Kcal/mol

Nhiệt hóa hơi : 7,8Kcal/mol

Thể tích tới hạn : 0,265lít/mol

Tỷ trọng tới hạn : 0,324g/ml

Áp suất hơi của VA phụ thuộc vào nhiệt độ được xác định theo công thức:

091 , 8 34433 05223

, 0

 1% nước Tại 500C khả năng hòa tan của VA trong nước tăng lên 0,1% sovới khả năng hòa tan tại nhiệt độ 200C nhưng ngược lại khả năng hòa tan củanước trong VA lại tăng lên gấp đôi khoảng 2%

VA còn có khả năng tạo hỗn hợp đẳng phí với một số chất như: nước,metanol, 2 propanol, xyclohexan, heptan

III-Tính chất hóa học:

Trong công thức cấu tạo của VA có liên kết đôi trong phân tử nên VAcó đầy đủ tính chất qua trọng của hợp chất hyđrocacbon không no như:

 Phản ứng cộng

 Phản ứng oxi hóa.

 Phản ứng trùng hợp, đồng trùng hợp

 Cộng rượu ROH:

VA tác dụng với rượu trong môi trường kiềm

 Cộng với clorua nitranyl:

 Cộng với anđehit nitơ:

Sinh viên thực hiện: Phan Văn Nhân trang 16

OCOCH3OCOCH3

CH2 = CHOCOCH3 + ROH CH3CHO + CH3COOR

CH3COONa

 Cộng với axit axetic:

 Cộng với CCl3Br

 Cộng với mecaptan:

 Cộng với NH3:

Phản ứng xảy ra ở nhiệt độ phòng:

Phản ứng xảy ra ở 1300C và xúc tác CH3OH:

 Cộng với đibutyl amin:

 Cộng với etanal:

2- Phản ứng oxy hóa:

 VA bị oxy hóa bởi hyđropeoxit H2O2 dưới tác dụng của xúc tác Osmitetraoxit tạo thành glycol alđehit

 VA dưới tác dụng của chất oxy hóa mạnh KMnO4 có mặt kiềm KOH tạothành axetat etylenglycol

Sinh viên thực hiện: Phan Văn Nhân trang 18

CH2 = CHOCOCH3 + NH3 CH3CH(OH)NH2 + CH3CONH2

Hiệu suất 55% Hiệu suất 59%

3-Phản ứng trùng hợp:

Phản ứng quan trọng nhất của VA là phản ứng trùng hợp theo cơ chếgốc tự do Qúa trình trùng hợp có thể được khơi mào bằng các hợp chấthyđroxyl của các chất thơm, các hợp chất nitro, amin, oxy, muối đồng, cácpolyolefin có nối đôi liên hợp, sunfua VA nguyên chất ở nhiệt độ thườngtrùng hợp rất chậm,nhưng nếu có tác dụng của ánh sáng hay các peoxit thìphản ứng trùng hợp xảy ra nhanh VA trùng hợp cho polyvinyl axetat (PVA).PVA là một chất dẻo rất có giá trị

nCH2=CHOCOCH3 [ CH2  CH ]n

PVA dùng để sản xuất sơn có độ bám dính cao, để chế biến bề mặt da vàvải Từ PVA có thể điều chế ra rượu polyvinilic bằng cách cho PVA tácdụng với kiềm hoặc axit trong môi trường rượu ROH

CH2 = CHOCOCH3 + 2KMnO4 + 2KOH CH2  CH OCOCH3 + 2K2MnO4

Rượu polyvinilic là bán sản phẩm dùng để sản xuất sợi vinylon, keo dán

4-Phản ứng đồng trùng hợp:

Với nối đôi trong phân tử VA có thể tham gia vào một số phản ứng đồngtrùng hợp với các monome khác tạo ra copolyme có nhiều ứng dụng trongthực tế như:axit acrylic, acrynonitril, vinyl clorua, styren,anhyđrit maleic,isopropenyl axetat, etyl vinyl ete Ví dụ như khi đồng trùng hợp VA với vinylclorua thu được loại chất dẻo vinilic, loại chất dẻo này dùng làm màng mỏng,sơn, vật liệu tẩm ngấm

Sinh viên thực hiện: Phan Văn Nhân trang 20

nCH2 = CHOCOCH3 + nCH2 = CH [ CH2  CH  CH2  CH ]n

OCOCH3 ClCl

CHƯƠNG III PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT VA TỪ ETYLEN VÀ AXIT AXETIC

Ngày nay giá thành của axetylen đắt nên trên thế giới đang có xu ớng tìm ra những phơng pháp sản xuất VA cho hiệu suất cao tơng đ-

h-ơng với phh-ơng pháp sản xuất VA từ axetylen và axit axetic trong pha khí nhng sử dụng nguyên liệu đầu vào có giá thành rẽ hơn, dễ sản xuất hơn Một trong những phơng pháp mới đợc sử dụng gần đây là tổng hợp VA đi từ etylen và axit axetic Theo tính toán của các nhà sản xuất thì việc thay thế axetylen bằng etylen trong công nghiệp tổng hợp VA

sẽ tiết kiệm đợc hơn 20% giá thành sản xuất

Phơng pháp này tiến hành bởi các hãng:

 Tiến hành trong pha lỏng với công nghệ của các hãng Hoechst(Đức); ICI(Anh); Nippon Gosei (Nhật Bản)

 Tiến hành trong pha khí với công nghệ của các hãng Bayer-Hoechst (Đức); USI Chemicals …

Phơng pháp tổng hợp VA từ etylen và axit axetic dựa vào phản ứng oxy hoá kết hợp etylen với axit axetic sử dụng xúc tác muối Paladi.

0 180Kj / mol



Phản ứng này tiến hành trong pha lỏng hay pha khí Nhng dù tiến

khi thêm muối Cu2+ vào thì nó sẽ oxy hoá Pd và trở về Cu+ Cu+ rất dễ

2Cu+ + 0,5O2 + 2H+ 2Cu2+ + H2O

Cả hai phản ứng đều xảy ra mãnh liệt trong môi trờng axit, trong đó

Cơ chế phản ứng bao gồm các giai đoạn tạo phức trung gian từ

nghệ tổng hợp VA từ C2H4 và CH3COOH trong pha lỏng:(hãng ICI)

Công nghệ tổng hợp VA từ etylen và axit axetic trong pha lỏng

đợc phát minh bởi hãng Hoechst(Đức); ICI(Anh); Nippon Gosei(Nhật Bản) và đợc ICI áp dụng vào sản xuất thơng mại với qui mô lớn tại Anh, Mỹ trong một vài năm gần đây với sản lợng là 100 pound/năm.

1.1-Các phản ứng chính xảy ra trong quá trình:

2HCl

1.2-Các thông số kỹ thuật của quá trình:

phần oxy và khí etylen nằm ngoài giới hạn nổ: 94,5% đối với etylen và 5,5% đối với oxy.

Sản phẩm VA và axetalđehit đợc tách từ dòng khí sản phẩm bởi một

+C2H4+Cl 

+OAc +Cl  +OAc +Cl 

Tỷ lệ sản phẩm theo phần mol của axetalđehit trên VA tối u là:1:14.

natri hoặc muối clorua để tăng độ hoạt động của xúc tác.Dung dịch

titan để tránh sự ăn mòn do trong sản xuất phản ứng có axit HCl.

Tuy nhiên đây là những vật liệu đắt tiền và do đó nó làm cho tổng chi phí toàn bộ quá trình cao hơn khoảng 50% so với quá trình tổng

ngoài sinh ra sản phẩm chính VA còn có các sản phẩm phụ: etyliden diaxetat, axetalđehit (do sinh ra nớc nên tích tụ của nớc tạo thành axetalđehit), n-C4H8 (do đime C2H4), CO2, axit fomic, axit oxalic (C2H2O4)

1.3-Sơ đồ công ngệ và nguyên lý hoạt động:

1.3.1-Sơ đồ công nghệ: (hình 1)

1.3.2-Nguyên lý hoạt động:(hình 1)

Hỗn hợp khí gồm 30% thể tích etylenvà 70% thể tích oxy cùng với axit axetic (lợng mới trộn với lợng hồi lu) đợc đa vào thiết bị phản ứng

hợp oxy-etylen đợc đa ra khỏi thiết bị phản ứng (1) vào thiết bị ngng tụ (2), sau đó đợc đa vào thiết bị phân ly (3) Phần hỗn hợp khí hồi lu sẽ

đợc dẫn qua tháp hấp thụ (4) và tháp nhả hấp thụ (5) để loại bỏ khí

(1) Hỗn hợp lỏng sau khi ra khỏi tháp (7) đợc đa sang tháp tách

gồm hai phần:

 Phần hỗn hợp đi ra từ đỉnh tháp (8) đợc đa sang tháp hấp thụ

(6g Cu) bơm ra ngoài, một phần qua thiết bị đun nóng (14) trở lại tháp.

 Phần hỗn hợp đi ra ở đáy tháp (8) một phần hồi lu đáy tháp,một

phân đoạn VA (10),ở đỉnh tháp (10) sẽ thu đợc VA, còn ở đáy tháp là các chất nặng qua bơm (6g Cu) bơm ra ngoài, một phần hồi lu đáy tháp qua thiết bị đun nóng đáy tháp

Cần điều chỉnh lợng nớc trong dung dịch xúc tác thì có thể hạn chế

đợc lợng axetalđehit sinh ra, tức là điều chỉnh đợc tỷ lệ giữa axetalđehit và VA trong sản phẩm tạo thành.

2-Công nghệ tổng hợp VA từ etylen và axit axetic trong pha khí (hãng USI Chemicals):

Quá trình tổng hợp VA từ etylen và axit axetic trong pha khí đã đợc phát triển bởi các hãng USI Chemicals tại Mỹ và hãng Bayer tại Đức Hiện nay, quá trình này đang đợc hãng Celanese tại Mỹ sử dụng để sản xuất VA với công suất 200 triệu pound/năm, và hãng Bayer sản xuất với công suất 300 triệu pound/năm Cả hai hãng USI Chemicals

và Bayer đã cho phép 6g Cu công ty ở Nhật sử dụng công nghệ của hãng để lắp đặt dây chuyền thiết bị sản xuất VA với công suất 512 triệu pound/ năm.

2.1-Các thông số kỹ thuật của quá trình:

Công nghệ tổng hợp VA trong pha khí đợc thực hiện với xúc tác dị

có chứa một lợng muối đồng nhằm thực hiện chức năng chất mang

Phản ứng:

cho hỗn hợp các chất phản ứng qua lớp xúc tác dị thể trong thiết bị phản ứng ống chùm.Tác nhân oxi hoá bắt buộc sử dụng oxy Hỗn hợp ban đầu đa vào thiết bị phản ứng gồm etylen,hơi axit axetic, oxy với tỷ

lệ thể tích lần lợt 8: 4: 1 và độ chuyển hoá của chúng sau khi qua thiết

bị phản ứng đối với etylen là 10%, axit axetic là 20%, oxy là 6g Cu0  70%, hiệu suất đợc VA từ 91  95% Etylen ở áp suất khoảng 5  10

cho vào thiết bị phản ứng Oxy thêm vào trớc khi vào thiết bị phản ứng,lợng oxy cho vào đợc giới hạn để tránh giới hạn nổ Các khí phản

2.2-Sơ đồ công nghệ và nguyên lý hoạt động :

2.2.1-Sơ đồ công nghệ :(hình 2).

2.2.2- Nguyên lý hoạt động : (hình 2).

Hỗn hợp gồm etylen mới và etylen hồi lu cùng với axit axetic, oxy

đợc đun nóng trớc khi cho vào thiết bị đun nóng ống chùm (1) lên

140 Psi với lớp xúc tác đợc đặt cố định trong các ống Hỗn hợp sản phẩm sau đó đợc làm lạnh ở (2) và đi vào thiết bị phân ly (3) nhằm tách riêng pha lỏng, pha khí Tiếp theo pha khí đợc qua máy tăng thế (4) vào tháp (5) để rửa với propylen glycol, hỗn hợp đi ra từ đáy tháp (5) đợc đa vào tháp nhả hấp thụ (6g Cu) nhằm tách VA ra, còn hỗn hợp đi

ra từ đỉnh tháp (5) đợc đa qua tháp rửa cacbonat nóng (7) Khí thoát ra

ở đỉnh tháp (7) là etylen đợc tuần hoàn trở lại thiết bị phản ứng (1), còn hỗn hợp ở đáy tháp (7) đợc đa qua tháp nh hấp thụ (6g Cu) nhằm tách

cùng với hỗn hợp lỏng tứ thiết bị (3) đa vào tháp chng cất đẳng phí (8) Hỗn hợp đi ra từ đỉnh tháp (8) đợc đa qua tháp chng phân đoạn VA

Sinh viờn thực hiện: Phan Văn Nhõn trang 26

(9), tại đây thu đợc các phân đoạn nhẹ từ đỉnh tháp và VA Hỗn hợp đi

axetic thoát ra từ đỉnh tháp đợc bơm (11) bơm tuần hoàn lại thiết bị phản ứng (1), còn đáy là các chất cặn nặng, cùng với cặn nặng ở đáy tháp (9) đa ra ngoài.