TÌM HIỂU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT LAS

Trong đó CHĐBM là thành phần không thể thiếu, trong đó Las là loại được sử dụng khá phổ biến ở nước ta hiện nay nhờ vào hoạt tính tẩy rửa và yếu tố kinh tế của nó.. Giới thiệu về chất ho

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

TIỂU LUẬN MÔN: TỔNG HỢP HỮU CƠ TÌM HIỂU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

SẢN XUẤT LAS

GVHD: TS Nguyễn Văn Bời SVTH: Nhóm 1

Lớp: DHHO5KLT Năm học: 2010- 2011

Biên Hòa, tháng 02 năm 2011

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

TIỂU LUẬN MÔN: CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT

TÌM HIỂU QUY TRÌNH CÔNG

3 Nguyễn Thúy Minh

4 Nguyễn Phương Hoàng Mai

5 Thái Văn Thủy Lớp: DHHO5KLT

Năm học: 2010- 2011

LỜI MỞ ĐẦU

Đã từ lâu, trong số những nhu cầu sinh hoạt hàng ngày, xà phòng và các chất tẩy rửa tổng hợp thuộc loại không thể thiếu Chẳng những thế nhóm sản phẩm này còn được sử dụng càng nhiều trong các ngành khác của nền kinh tế quốc dân Hiện nay trên thị trường

có rất nhiều mặt hàng bột giặt(omo, fix, viso…), nước rửa chén ( sunlight , Mỹ hảo …)

và xà bông tắm ( safeguard, Lifeboy, dove, X men…) Mỗi nhà sản sản xuất có những công thức phối chế khác nhau, nhưng đều trên nguyên tắc cơ bản về thành phần của chất tẩy rửa

Các thành phần có trong chúng là: chất hoạt đông bề mặt (CHĐBM), các tác nhân làm mềm nước, tác nhân tạo môi trường bazơ, chất chống bám, chất làm tăng bọt, chất làm mềm vải, chất tạo hương, chất xúc tác sinh học Trong đó CHĐBM là thành phần không thể thiếu, trong đó Las là loại được sử dụng khá phổ biến ở nước ta hiện nay nhờ vào hoạt tính tẩy rửa và yếu tố kinh tế của nó

Trong bài tiểu luận này nhóm em trình bày sơ lược về chất hoạt động bề mặt anionic

là las cũng như đặc điểm, đặc tính và quy trình sản xuất las trong phòng thí nghiệm cũng như trong công nghiệp hiện nay Vì vậy nhóm em xin lấy tên đề tài là : “Tìm hiểu quy trình công nghệ sản xuất Las”

Trong quá trình hoàn thành bài tiểu luận không thể tránh khỏi thiếu sót, rất mong nhận được ý kiến đóng góp từ thầy cô và các bạn để bài tiểu luận được hoàn chỉnh Xin chân thành cảm ơn

Nhóm sinh viên thực hiện

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

………

………

………

………

………

………

………

Phần đánh giá Ý thức thực hiện Nội dung thực hiện Hình thức trình bày Tổng hợp kết quả Điểm bằng số: …….Điểm bằng chữ:

T/p Hồ Chí Minh ngày tháng năm 2011 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT VÀ LAS 5

1.1 Giới thiệu về chất hoạt động bề mặt 5

1.1.1 Định nghĩa 5

1.1.2 Đặc điểm 6

1.1.3 Cấu tạo 6

1.1.4 Phân loại 7

1.2 Chất hoạt động bề mặt LAS 11

1.3 Vai trị của LAS trong cơng nghiệp tẩy rửa hiện nay 14

1.4 LAS và một số phương pháp điều chế 15

1.5 Tính chất của chất la ,chất hoạt động bề mặt anionic 15

CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH SẢN XUẤT LAS 16

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG 16

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 18

TÀI LIỆU THAM KHẢO 22

PHỤ LỤC 23

DANH MỤC BẢNG

No table of contents entries found

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Tác dụng của chất hoạt động bề mặt 5

Hình 1.2: Dạng phân tử của chất hoạt động bề mặt 5

Hình 1.3: Sản phẩm Micelle 6

Hình 1.4: Hệ nhũ tương nước trong dầu và dầu trong nước 7

Hình 1.5: Công thức của alkyl sulphate 8

Hình 1.6: Cấu tạo phân tử của chất Esterquats 9

Hình 1.7: Cấu tạo phân tử của hệ mono alkyl bậc 4 9

Hình 1.8: Cấu tạo phân tử của alkyl betaine 10

Hình 1.9: Cấu tạo phân tử của chất hoạt động bề mặt không mang điện tích 11

Hình 1.10: Công thức cấu tạo phân tử của LAS 12

Hình 1.11: Công thức cấu tạo của chất tẩy rửa 13

Hình 1.12: Tính chất hóa học của LAS 13

Hình 1.13: Phần trăm các loại chất hoạt động bề mặt tiêu thụ 14

Hình 1.14: Trữ lượng chất hoạt động bề mặt tiêu thụ trên thế giới 14

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT VÀ LAS

1.1 Giới thiệu về chất hoạt động bề mặt

Hình 1.1: Tác dụng của chất hoạt động bề mặt

- Mỗi phân tử của chất hoạt động bề mặt cĩ một đầu ái nước (tan trong nước), là đầu bị các phân tử nước hút và một đầu khơng ưa nước (khơng tan trong nước), đầu này đồng thời vừa đẩy nước vừa hút vào các chất dầu mỡ hay chất bẩn Khi các lực ngược nhau sẽ kéo hẳn các chất bẩn ra khỏi bề mặt cần làm sạch, làm chúng bị treo lơ lửng trong nước

Hình 1.2: Dạng phân tử của chất hoạt động bề mặt

1.1.2 Đặc điểm

Chất hoạt hóa bề mặt được dùng để làm giảm sức căng bề mặt của một chất lỏng Nếu có nhiều hơn hai chất lỏng không tan thì chất hoạt hóa bề mặt làm tăng diện tích tiếp xúc giữa hai chất lỏng đó

Khi hòa chất hoạt động bề mặt vào trong một chất lỏng thì các phân tử của chất hoạt hóa

bề mặt có xu hướng tạo đám (micelle, còn gọi là mixen) Nồng độ mà tại đó các phân tử bắt đầu tạo đám được gọi là nồng độ tạo đám tới hạn

Nếu chất lỏng là nước thì các phân tử sẽ liên kết các đuôi kị nước lại với nhau và quay đầu ưa nước ra tạo nên những hình dạng khác nhau như hình cầu (0 chiều), hình trụ (1 chiều), màng (2 chiều)

Tính ưa và kị nước của một chất hoạt hóa bề mặt được đặc trưng bởi một thông số là độ cân bằng ưa kị nước (Hydrophilic Lipophilic Balance - HLB), giá trị này có thể từ 0 - 40 HLB càng cao thì hóa chất càng dễ hòa tan trong nước, HLB càng thấp thì hóa chất càng

dễ hòa tan trong các dung môi không phân cực như dầu

Hình 1.3: Sản phẩm Micelle

1.1.3 Cấu tạo

Phân tử gồm 2 phần: phần thân dầu (gốc hydrocacbon R) và phần thân nước (các nhóm phân cực: -SO3H, -COOH, -OH, R-NH2)

Hình 1.4: Hệ nhũ tương nước trong dầu và dầu trong nước

Khi gốc R tăng, hoạt tính bề mặt tăng (R~ 10-180

C)

Cùng R thì -SO3H > COOH > OH phenol > OH alcol

Tương quan giữa 2 phần thân dầu - thân nước biểu thị bằng chỉ số HLB Công thức tính HLB:

Tẩy rửa: HLB 13 - 16 Tăng độ tan: HLB 16 - 30, 40

1.1.4 Phân loại

Có nhiều loại chất hoạt động bề mặt khác nhau, mỗi loại với tính chất và đặc tính duy nhất, làm sạch tùy theo từng dạng chất bẩn và loại vải, độ cứng của nước Các chất tẩy rửa sử dụng hỗn hợp nhiều loại chất hoạt động bề mặt khác nhau để cung cấp khả năng làm sạch tốt nhất có thể

Có 4 loại chất hoạt động bề mặt chính dựa theo đầu mang điện tích:

Chất hoạt động bề mặt mang điện tích âm (Anionic surfactants)

Có khả năng hoạt động bề mặt mạnh nhất so với các loại khác, làm tác động tẩy rửa chính trong khi phối liệu Khả năng lấy dầu cao, tạo bọt to nhưng kém bền

Bị thụ động hóa (mất khả năng tẩy rửa trong nước cứng, nước cứng tạm thời, các ion kim loại nặng như: Fe3+

Nguồn gốc từ dầu mỏ: thông qua phản ứng ankyl hóa, sunfo hóa các dẫn xuất ankyl, ankylbenzen sunfonic…

Chất hoạt động bề mặt mang điện tích dương (Cationic surfactants)

Khả năng hoạt động bề mặt không cao, độ phân giải sinh học kém, có nhóm

ái nước là các ion dương Rất êm dịu với da, tẩy dầu ít, không dùng với mục đích tạo bọt Làm bền bọt và tạo nhũ tốt…Ứng dụng chính của nó trong giặt dân dụng

là chất làm mềm vải cho lần xả cuối, được sử dụng nhiều nhất là chất Esterquats

Hình 1.6: Cấu tạo phân tử của chất Esterquats

Hiện nay, người ta dùng clorua ditearyl diamin amoni bậc 4 vì khả năng phân giải sinh học tốt hơn và giảm khả năng gây dị ứng khi sử dụng Hầu hết các chất tẩy rửa là chất dẫn xuất của ammonium, nó còn có thêm tính năng sát trùng, là tính năng đặc biệt có ích cho bệnh viện

Hình 1.7: Cấu tạo phân tử của hệ mono alkyl bậc 4

Chất hoạt động bề mặt lưỡng tính (Amphoteric/zwitterionic surfactants)

Các chất hoạt động bề mặt này rất nhẹ nhàng, nên rất phù hợp cho việc sử dụng trong các sản phẩm chăm sóc cá nhân và làm sạch trong gia đình

Chất hoạt động bề mặt này có các nhóm lưỡng cực vừa tích điện âm vừa tích điện dương (amin, este) Ở pH thấp chúng là chất hoạt động bề mặt cationic, là anionic ở pH cao

Chúng tương thích với tất cả các loại chất hoạt động bề mặt khác, có thể hòa tan và có tác dụng trong dung dịch có nồng độ cao như: các chất điện phân, axit, kiềm

Có khả năng phân hủy sinh học, lượng dùng thường từ 0.2% - 1% trong các sản phẩm tẩy rửa

Trong nhóm các chất hoạt động lưỡng tính hiện nay, các dẫn xuất từ betain được sử dụng rộng rãi nhất Chúng gồm các nhóm chính sau: ankylamino propyl betain

Khi R là gốc lauryl thì có tính tẩy rửa rất tốt, khả năng tạo bọt mạnh, êm dịu

và không làm khô da…thường được phối trong dầu gội, sữa tắm, nước rửa chén…có tên gọi là cocoamino propyl betain (CAPB)

Hình 1.8: Cấu tạo phân tử của alkyl betaine

Chất hoạt động bề mặt không mang điện tích (Non-ionic surfactants)

Khả năng hoạt động bề mặt không cao, êm dịu với da, lấy dầu ít Làm bền bọt, tạo nhũ tốt

Có khả năng phân giải sinh học, ít chịu ảnh hưởng với nước cứng và pH của môi trường Tuy nhiên có khả năng tạo phức với một số ion kim loại nặng trong nước…

Hiện nay để tổng hợp chúng, phương pháp được dùng phổ biến nhất là quá trình etoxy hóa từ rượu béo với oxyt etylen, công thức: R-O-(CH2-CH2-O-)nH Các rượu béo này có nguồn gốc thiên nhiên như dầu thực vật, mỡ động vật thông qua phản ứng H2 hóa các axit béo tương ứng

Hoặc bằng con đường từ rượu tổng hợp: cho olefin-1 phản ứng với H2SO4 rồi thủy phân, thu được rượu bậc 2 Trong thương mại, loại này còn có tên gọi: tecitol 15-s-7, union caride 15-s-9…

Chất hoạt động bề mặt nonionic (NI) được phân loại thành các dạng cơ bản sau: Copolimer có công thức chung: HO-(OE)n-(OP)m-(OE)n-H, hoặc HO-(OP)n-(OE)m-(EP)n-H Tỷ số PO/OE có thể thay đổi: 4 - 1 hoặc 9 - 1

Trọng lượng phân tử thấp nhất: 2000 đvc, thông dụng nhất hiện nay loại n =

2 và m = 30, chúng tạo bọt kém nên dùng phổ biến trong các sản phẩm tẩy rửa chuyên dùng cho máy: máy rửa chén, máy giặt, không gây hại cho môi trường, độc tính yếu

Ứng dụng phổ biến nhất của các chất hoạt động bề mặt không chứa điện tích

là các ete của các rượu béo

Hình 1.9: Cấu tạo phân tử của chất hoạt động bề mặt không mang điện tích

1.2 Chất hoạt động bề mặt LAS

LAS là tên viết tắt của linear alkylbenzene sulphonate, là một chất hoạt động

bề mặt được sử dụng trong chất tẩy rửa

Hình 1.10: Công thức cấu tạo phân tử của LAS

LAS là chất hoạt động bề mặt thuộc nhóm anionic, với các phân tử đặc trưng của một đầu kị nước và một đầu ưa nước

LAS là hỗn hợp phức tạp của các đồng đẳng có độ dài chuỗi khác nhau alkyl

từ C10 đến C13 hoặc C14, và đồng phân vị trí phenyl từ 2 đến 5-phenyl theo tỷ lệ hay điều kiện phản ứng, mỗi phản ứng có chứa một vòng thơm sunfonat hóa tại vị trí đoạn và gắn liền với một chuỗi alkyl tuyến tính ở bất kỳ vị trí với ngoại lệ của một thiết bị đầu cuối (1- phenyl)

Các đặc tính của LAS khác nhau về tính chất vật lý và hóa học theo chiều dài chuỗi alkyl, nên công thức các ứng dụng sẽ khác nhau Các chất bắt đầu từ LAB (tuyến tính ankylbenzene) là sản phẩm của phản ứng alkyl hóa benzene với n-parafin với sự có mặt của hydro florua (HF) hoặc clorua nhôm (AlCl3) như là chất xúc tác

LAS được sản xuất bởi các sulfonation của LAB với tinh dầu trong lò phản ứng hàng loạt Sulfonation khác thay thế thuốc thử là sulfuric acid, lưu huỳnh trioxit pha loãng, acid và acid chlorosulfonic sulfacmic phim trên lò phản ứng giảm LAS sau đó sẽ vô hiệu hóa các muối mong muốn (natri, amoni, caxi, kali…)

LAS là chất hoạt động bề mặt được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, axit sulfonic alkybenzene tuyến tính chủ yếu dùng để sản xuất chất tẩy rửa trong gia đình như: bột giặt, nước giặt, nước rửa chén, chất tẩy rửa gia dụng khác…nó như là một chất nhũ hóa cho các chất diệt cỏ nông nghiệp và trùng hợp nhũ tương.Nghe

Hình 1.11: Công thức cấu tạo của chất tẩy rửa

Trên toàn thế giới có khoảng 99% của sản xuất LAB được chuyển đổi thành LAS qua một quá trình sulfonatrion Là thành phần trong chất tẩy rửa bề mặt, hầu hết LAS được sử dụng như một dẫn xuất natri Đối với một số ứng dụng đặc biệt các dẫn xuất khác cũng được sản xuất

Hình 1.12: Tính chất hóa học của LAS

Ưu điểm vượt trội của LAS là nó có thể được sử dụng cùng với tất cả các loại nguyên liệu chất tẩy rửa, vì khả năng tương thích cao của nó Cả hai HLAS (Linear Alkylbenzene Sulphonic Acid) và LAS đều được đánh giá cao, về hóa chất

ổn định, lưu trữ, và vận chuyển

Linear Alkylbenzene và sulfonate alkybenzene tuyến tính, hoàn toàn phân hủy sinh học

và không tích lũy trong môi trường

Ở trạng thái vật lý LAS là chất lỏng có màu nâu, điểm nóng chảy: 100C, điểm sôi: 3150C, trong điều kiện bình thường có độ ổn định

1.3 Vai trò của LAS trong công nghiệp tẩy rửa hiện nay

LAS chiếm khoảng 27% trên thị trường tiêu thụ các chất hoạt động bề mặt trên thế giới Theo nghiên cứu được thực hiện bởi các nhà khoa học, đã chứng minh LAS an toàn với môi trường

Hơn 80% LAS được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực sản xuất bột giặt, hay chất tẩy rửa dùng trong gia đình Do LAS có bề mặt anion linh hoạt, nên được

sử dụng trong cả hai công thức mang tính axit và kiềm, cũng như trong chất tẩy rửa dạng lỏng và dạng bột

Hình 1.13: Phần trăm các loại chất hoạt động bề mặt tiêu thụ

Hình 1.14: Trữ lượng chất hoạt động bề mặt tiêu thụ trên thế giới

1.4 LAS và một số phương pháp điều chế

"Linear ankyl benzen sunphonic acid", tên chính xác của nĩ là "Linear

ankylbenzene sulfonic acid" đĩ bạn, "Linear" ở đây cĩ nghĩa là mạch thẳng, trong chương trình phổ thơng bạn đã được học phương trình phản ứng điều chế nĩ rồi, trong bài benzen - tính chất hĩa học - phản ứng thế ấy : cho benzen tác dụng với acid sunfuric đặc nĩng (khoảng 170-180 độ C)

C6H6 + HO-SO3 -> C6H5-SO3H + H2O

1.5 Tính chất của chất là chất hoạt động bề mặt anionic

Các chất hoạt động bề mặt truyền thống như LAS, LES dùng trong lĩnh vực tẩy rửa là các anionic surfactants, chúng đi kèm với tính chất tạo bọt

do đĩ người hay gọi là chất tạo bọt

Trong lĩnh vực hoạt động bề mặt người ta thường gọi tên theo cơng dụng

vd defoamer - chất phá bọt, OW emulsifier - chất nhũ hố dầu trong nước, WO emulsifier - chất nhũ hố nước trong dầu, wetting agents

(hoặc penetrating agents) - chất thấm ướt,

Bạn nên làm quen với các ethoxylates , chúng là các nonionic

surfactants vd, nonyl ethoxylate, octyl ethoxylate, linear alkyl

ethoxylate, PEO, polysorbate, tùy theo mức độ ethoxylation (bao

nhieu mol ethylene oxide cho 1 mol surfactant) ta sẽ cĩ họ chất với độ dài của dãy polyether khác nhau => tính HLB sẽ cĩ trị số từ 1 đến 20 HLB : 1-3 phá bọt

HLB : 4-9 nhũ nước trong dầu

HLB : 9-11 wetting agents

HLB : 11-15 nhũ dầu trong nước

HLB > 15 chất khuếch tán

CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH SẢN XUẤT LAS

2.1.1 Sơ đồ công nghệ :

Kerosene

( Dầu hỏa thô )

Neutralization HLAS ( Quá trình trung hòa bằng NaOH )

LAB Purification & Fractionation ( Quá trình chưng cất và làm sạch )

Linear Paraffin Production ( Quá trình tạo parafin mạch thẳng )

Linear Paraffin Dehydrogenation

( Olefin Production ) ( Quá trình khử Hydro )

SO3 Production

Benzene Alkylation ( Quá trình Alkyl hóa Benzen )

LAS

2.1.2 Thuyết minh quy trình sản xuất :

Dầu hỏa thô ( Kerosene ) được đưa qua công đoạn xử lý Hydrotreating ( dùng xúc tác Co, Mo… ) để tách tạp chất gồm các kim loại nặng như vadium, niken, sắt… Sau khi tách tạp chất xong sản phẩm thu được là các paraffin mạch thẳng

Các paraffin mạch thẳng này được đưa qua công đoạn tiếp theo để thực hiện quá trình Dehydro hóa ( Dehydrogenation ) và tạo thành các mono olefin Sau đó các mono olefin này được đưa vào thiết bị alkyl hóa với lớp xúc tác rắn cố định Các paraffin không tham gia phản ứng được hoàn lưu trở lại công đoạn Dehyro hóa

Sản phẩm chính của quá trình alkyl hóa là alkylate mạch thẳng và sản phẩm phụ là một lượng nhỏ alkylate có khối lượng phân tử lớn được hình thành từ quá trình alkyl hóa olefin Loại sản phẩm phụ này cũng có thể được thu hồi và sử dụng làm chất tẩy rửa đặc biệt cho công nghiệp dầu bôi trơn

Hỗn hợp phản ứng thu được gồm : n-olefin, bezene, paraffin được đưa qua công đoạn chưng cất phân đoạn để tách riêng từng cấu tử dựa vào độ bay hơi khác nhau Sau đó làm sạch bằng phương pháp lắng ta thu được LAB ( Linear Alkylbenzene )

Các alkylate mạch thẳng ( LAB ) được chuyển sang công đoạn sunfua hóa bằng SO3 để tạo thành sunphonic acid ( HLAS ) Sau đó HLAS được đưa qua hệ thống trung hòa bằng dung dịch NaOH Cuối cùng sản phẩm thu được là LAS ( Linear Alkylbenzene Sulfonate )