Khảo sát công nghệ sản xuất nitrobenzene

Nó được điều chế bằng phản ứng của benzene với hỗn hợp của axit nitric và sulfuric; trong phản ứng nitro hóa, một hydrogen trong phân tử benzene được thay thế bằng một nhóm nitro, NO 2..

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG

KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG

Bài: Khảo sát công nghệ sản xuất Nitrobenzene

Người thực hiện:

Trần Đan Thanh MSSV: 061928H Võ Thị Minh Thức MSSV:

MỤC LỤC

I TÍNH CHẤT VẬT LÝ:

II ỨNG DỤNG:

III CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT:

IV TÀI LIỆU THAM KHẢO:

I TÍNH CHẤT VẬT LÝ:

Nitrobenzene C 6 H 5 NO 2, rất độc hại, dễ cháy, màu vàng lợt, hợp chất thơm dạng lỏng với mùi hạnh nhân đắng Đôi khi nó được gọi là dầu của mirbane hay nitrobenzol

Nhiệt độ nóng chảy của Nitrobenzene là 5,85oC, nhiệt độ sôi là 210,9oC, ít tan trong nước nhưng tan nhiều trong ethanol, ether và benzene

Nó được điều chế bằng phản ứng của benzene với hỗn hợp của axit nitric và sulfuric; trong phản ứng nitro hóa, một hydrogen trong phân tử benzene được thay thế bằng một nhóm nitro, NO 2

Nitrobenzene thường xuất hiện trong:

• Nitrobenzene có thể được tìm thấy trong không khí với 1 hàm lượng nhỏ

• Nó có thể có mặt trong nước trong chất thải công nghiệp

• Trong nước, nitrobenzene sẽ được tách ra bởi ánh sáng mặt trời

Một số lượng nhỏ nitrobenzene có thể gây kích thích nhẹ khi tiếp xúc trực tiếp vào da và mắt Nếu tiếp xúc với Nitrobenzene trong thời gian dài có thể gây methemoglobin trong máu Vì trong Nitrobenzen có nhóm nitrit khi vào máu sẽ biến Fe2+ (hemoglobin) thành Fe3+ (methemoglobin), làm tăng lượng methemoglobin trong máu, cản trở quá trình vận chuyển ôxy đi nuôi cơ thể Lúc này da sẽ hơi xanh và bạn có thể cảm thấy buồn nôn, nôn mửa, và thở dốc Các hiện tượng như nhức đầu, dễ kích, chóng mặt, mệt mỏi, buồn ngủ cũng có thể xảy ra

Ngoài ra còn có một số bằng chứng rằng khí của nitrobenzene tập trung cao có thể làm hư gan Báo cáo nghiên cứu của động vật học cho thấy nó có tác dụng trên máu và gan khi tiếp xúc với nitrobenzene Khi tiêm l liều nhỏ nitrobenzene trên các con chuột nam ở phòng thí nghiệm kết quả cho thấy có các thiệt hại đối với cơ quan sinh dục và giảm hàm lượng của tinh trùng

II ỨNG DỤNG:

Nitrobenzene được sử dụng trong sản xuất của aniline, về phương diện thương mại quan trọng nhất là sx các amin Nitrobenzene khi được đun nóng với sắt và Axít clohiđric lõang sẽ tạo ra anilinium clorua Đem chất này tác dụng với Các-bô-nát nát-tri (hợp chất hoà tan màu trắng dưới dạng tinh thể, dùng để chế thủy tinh, xà phòng, giấy và làm mềm nước) để điều chế aniline

Trong ngành công nghiệp dược phẩm nitrobenzene được sử dụng trong sản xuất của các thuốc acetaminophen giảm đau, hay Paracetamol

Nitrobenzene đã được sử dụng làm mùi thơm cho xà phòng và mỹ phẩm, nhưng bây giờ được coi là quá độc hại cho các ứng dụng như vậy

III CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT NITROBENZENE:

1 NHỮNG ĐẶC TRƯNG VỀ QUÁ TRÌNH NITRO HÓA:

Định nghĩa: Quá trình nitro hóa là quá trình đưa một hoặc nhiều nhóm

-NO2 vào trong các hợp chất trung gian Đây là một trong những quá trình cơ bản trong công nghệ tổng hợp hữu cơ vì cho sản phẩm có nhiều ứng dụng: sản xuất thuốc nổ, sản xuất nước hoa, sản xuất sơn và vecni, các dung môi, các hợp chất amin

Phân loại: tùy thuộc vào việc gắn nhóm -NO2 ở nguyên tử C, N, O phân thành các quá trình:

• C nitro hóa

• nitro hóa

• N nitro hóa

Trong 3 dạng này thì C nitro hóa được quan tâm nhiều nhất và được chia thành:

• Nitro hóa các hydrocacbon thơm

• Nitro hóa các hydrocacbon mạch thẳng

Quá trình này có thể tiến hành trong pha lỏng hoặc pha khí với tác nhân nitro hóa thường dùng là HNO3 hoặc N2O5 (pentoxit dinitơ) hoặc N2O4 (teroxit dinitơ)

Các phương pháp thực hiện quá trình C nitro hóa :

• Thế 1 nguyên tử H bằng 1 nhóm -NO2

• Thế 1 nhóm chất nào đó trên nhân thơm bằng 1 nhóm -NO2

• Cộng nhóm -NO2 vào nối đôi

Trong đó phương pháp thứ nhất là phổ biến nhất

Cơ chế: Quá trình nitro hóa có thể xảy ra theo cơ chế gốc (O2N+) hoặc ion (O2N*) tùy thuộc vào điều kiện phản ứng

Ở đây chỉ xét nitro hóa hydrocacbon thơm Lúc này dưới tác dụng của xúc tác, phản ứng xảy ra theo cơ chế cation:

Xúc tác : có 2 loại

• Xúc tác có proton HA: H2SO4, H3PO4; trong đó a H2SO4 là phổ biến nhất

• Xúc tác không proton: BF3 là xúc tác Lewis

1.1 Trường hợp tác nhân nitro hóa là HNO 3

- Xúc tác HA

- Xúc tác Lewis

- Sau đó ion O 2 N + sẽ tấn công vào nhân thơm

1.2 Trường hợp tác nhân nitro hóa là N 2 O 4

• N2O4 là dạng dime của NO2

• NO2 ở điều kiện thường là chất khí, khi hạ nhiệt độ thì dime hóa tạo

N2O4

• Khi có mặt của xúc tác acid H2SO4 quá trình xảy ra theo cơ chế sau:

• Vậy cứ một phân tử N2O4 thì tạo ra một gốc O2N+

1.3 Trường hợp tác nhân nitro hóa là N 2 O 5

Khi có mặt của xúc tác acid H2SO4 quá trình xảy ra theo cơ chế sau:

• Vậy cứ một phân tử N2O5 thì tạo ra hai gốc O2N+

• Khi dùng N2O5 thì hiệu quả hơn dùng N2O4

Tương tự như phản ứng thế Clo, do ảnh hưởng của nhóm -NO2 trong nhân thơm rất lớn nên vận tốc của các giai đoạn nitro hóa tiếp theo giảm đi rõ rệt so với các giai đoạn trước

2 Sản xuất nitrobenzen

Ở điều kiện thường: là một chất lỏng màu vàng nhạt có ts = 210,9oC, tnc= 5,7oC;

Độc ; được dùng làm dung môi và trong sản xuất anilin

Tác nhân nitro hóa là hỗn hợp sulfonitro hoặc chỉ dùng HNO3 có nồng độ cao

2.1 Nitro hóa benzen bằng hỗn hợp Sulfonitro

Quá trình này thường thực hiện theo phương thức gián đoạn

Hỗn hợp sulfonitro có thành phần như sau: HNO3 = 32 - 39%

H2SO4 = 53 - 60% H2O ~ 8%

Tỷ lệ tối ưu: H2SO4 : HNO3 : H2O = 53 : 35 : 12

Tỷ lệ Sulfonitro : Benzen = 2 - 2,5 (sao cho đảm bảo HNO3 : C6H6 ~ 0,8) Nhiệt độ : gồm 2 chế độ chia theo 2 giai đoạn

Giai đoạn 1: t = 50 - 55oC ; 2 - 3h

Giai đoạn 2: nhiệt độ cao hơn, khoảng 90oC

Hình 1: Sơ đồ công nghệ nitro hóa Benzen bằng hỗn hợp Sulfonitro

1 thiết bị nitro hóa 5 thùng chứa

2 thiết bị lắng gạn 6 tháp chưng

3 bể chứa nitrobenzen thô 7 thiết bị ngưng tụ hồi lưu

4 thiết bị rửa 8 bể chứa nitrobenzen làm sạch

2.2 Nitro hóa benzen bằng HNO 3 đậm đặc:

Đây là quá trình liên tục chỉ dùng axit HNO3 đậm đặc nồng độ 65% Thiết bị phản ứng tháp chóp

Hình 2: Sơ đồ công nghệ nitro hóa Benzen bằng acid HNO3 đậm đặc

Benzen được cho vào đỉnh tháp ở trạng thái lỏng, HNO3 có C = 61% cho hóa hơi ở thiết bị TĐN (1) sau đó đi vào tháp (2) Hơi acid đi từ dưới lên, lỏng benzen đi từ trên xuống Tiếp xúc pha với nhau nên quá trình nitro hóa xảy ra tốt hơn Sau phản ứng, hỗn hợp (C6H6 + H2O) ở trạng thái hơi được thoát ra ở đỉnh sau đó được đưa qua thiết bị ngưng tụ (3) và đi vào thiết bị tách (4)

Ở trong (4): benzen nổi lên phía trên và được quay lại đỉnh tháp, H2O nằm ở dưới được tách ra ngoài Phần lỏng ở đáy (2) sẽ được đưa qua thiết bị đun nóng (5) Một phần hơi Benzen còn sót lại trong này sẽ bay hơi và trở lại tháp Phần lỏng phía dưới (5) sẽ cho thiết bị tách (4), trong này được tách thành

2 lớp: lớp trên gồm C6H6 + C6H5NO2 được cho qua tháp chưng (6) Benzen thu được ở đỉnh (6) và đưa trở lại (5); còn C6H5NO2 thu được ở đáy (6) Phần dưới của thiết bị tách (4) là HNO3 có thể lẫn một ít C6H5NO2 được bơm trở lại tháp

Tháp chóp

Ưu điểm : hiệu suất truyền khối cao , ổn định , ít tiêu hao năng lượng hơn

nên có số mâm ít hơn

Nhược điểm : chế tạo phức tạp , trở lực lớn

III TÀI LIỆU THAM KHẢO:

1)

http://eyeteck.vn/nc-ht/cong%20nghe%20hoa%20hoc/chuong%206%20qua%20trinh%20nitr o%20hoa.htm

2) http://www.encyclopedia.com/doc/1E1-nitroben.html

3) http://www.atsdr.cdc.gov/tfacts140.html

4) http://www.freepatentsonline.com/7326816.html