Thiết kế phân xưởng sản xuất dicloetan năng xuất 20 000 tấnnăm 50

Nó là một hợp chất hữu cơ có rất nhiều ứng dụng trong công nghiệphoá học dể tổng hợp các hợp chất khác như VC, etylenglycol, etylendiamin,cao su tổng hợp thiokol… Ngoài ra dicloetan còn

Mục lục

Lời mở đầu 5

Chương I: Tổng quan lý thuyết 6

A Tổng quan về DE 6

I Giới thiệu về DE 6

I.1 Tính chất vật lý 6

I.2 Tính chất hoá học 7

I.2.1 Nhận xét về phân tử dicloetan 7

I.2.2 Phản ứng thế nucleophyl 8

I.2.3 Phản ứng thế nucleophyl 9

I.2.4 Một số phản ứng hoá học khác 9

II Cơ chế phản ứng clo hoá etylen 9

III Nguyên liệu sản xuất dicloetan 10

III.1 Etylen 10

III.1.1 Tính chất vật lý 10

III.1.2 Tính chất hoá học 11

III.1.3. ứng dụng của etylen 14

III.1.4 Điều chế etylen 14

III.2 Clo 14

III.2.1 Tính chất vật lý 14

III.2.2 Tính chất hoá học 15

III.2.3. ứng dụng của clo 17

III.2.4 Điều chế clo 18

IV Các yếu tố ảnh hưởng 18

IV.1.ảnh hưởng của nhiệt độ 18

IV.2 ảnh hưởng của thành phần khí 19

IV.3 ảnh hưởng của xúc tác 20

V. ứng dụng của dicloetan 20

B Các phương pháp sản xuất DE 21

I Phương pháp clo hoá trực tiếp etylen 21

I.1 Clo hoá trực tiếp etylen trong pha lỏng 21

I.1.1 Nguyên liệu 21

I.1.2 Phản ứng quá trình 21

I.1.3 Công nghệ clo hoá nhiệt độ thấp (LTC) 22

I.1.4 Công nghệ clo hoá nhiệt độ cao (HTC) 23

I.2 Clo hoá trực tiếp etylen trong pha khí 24

II Phương pháp oxyclo hoá etylen 26

II.1 Phương pháp oxyclo hoá etylen trong phan khí 26

II.1.1 Xúc tác quá trình 26

II.1.2 Cơ chế phản ứng 26

II.1.3 Đặc trưng công nghệ và sản phẩm 27

II.1.4 Nguyên liệu28 28

III Phương pháp oxyclo hoá etan 30

IV Các quá trình khác sản xuất DE 30

C Lựa chọn phương pháp sản xuất 30

I So sánh các quá trình sản xuất DE 30

II Lựa chọn và thuyết minh dây chuyền 31

II.1 Lựa chọn dây chuyền 31

II.2 Thuyết minh dây chuyền 32

Chương II: Tính toán 33

A Tính cân bằng vật chất 33

I Cân bằng vật chất cho quá trình clo hoá 33

I.1 Lượng chất đi vào thiết bị clo hóa 34

I.1.1 Lượng etylen cần để tạo thành DE và TCE 34

I.1.2 Lượng clo cần để tạo thành DE, TCE và DCP 35

I.2 Lượng chất đi ra khỏi thiết bị clo hoá 36

B Cân bằng nhiệt của thiết bị clo hóa 37

I Lượng nhiệt do nguyên liệu mang vào 38

I.1 Lượng nhiệt do etylen kỹ thuật mang vào 38

I.2 Lượng nhiệt do etylen kỹ thuật mang vào 38

II Lượng nhiệt do các phản ứng clo hóa 39

II.1 Lượng nhiệt do phản ứng (1) tạo thành 39

II.2 Lượng nhiệt do phản ứng (2) tạo thành 39

II.3 Lượng nhiệt do phản ứng (3) tạo thành 40

III Lượng nhiệt do sản phẩm mang ra 40

III.1 Lượng nhiệt do sản phẩm khí mang ra 40

III.2 Lượng nhiệt do sản phẩm lỏng mang ra 41

IV Lượng nhiệt mất ra môi trường 42

V Lượng nhiệt do tác nhân làm lạnh 42

C Kích thước thiết bị chính 43

I Thể tích thiết bị 43

II Kích thước thiết bị 44

Kết luận 46

Tài liệu tham khảo 47

Lời mở đầu

Dicloetan là dẫn xuất clo của hydrocacbon có công thức phân tử là

C2H4Cl2 Nó là một hợp chất hữu cơ có rất nhiều ứng dụng trong công nghiệphoá học dể tổng hợp các hợp chất khác như VC, etylenglycol, etylendiamin,cao su tổng hợp thiokol… Ngoài ra dicloetan còn được sử dụng như một dungmôi để trích ly các chất béo ra khỏi mỡ động vật, thực vật, khử dầu mỡ ở da vàlông thú, làm sạch kim loại trước khi mạ crôm, niken

Do ứng dụng trên, đặc biệt là ứng dụng của dicloetan để sản xuất

polyvinylclorua là monome để tổng hợp PVC chất cần thiết trong các ngànhcông nghiệp ôtô, xây dựng, và dân dụng do đó việc lựa chọn phương pháp sảnxuấtđpicloetan là hết sức quan trọng

Ngày nay dicloetan là hợp chất hoá học được sản xuất với quy mô lớn vàtốc độ cao do nhu cầu tiêu thụ PVC trên thị trường rất lớn Vào năm 1981 với85% tổng số sản phẩm dicloetan được sử dụng để sản xuất vinylclorua, 10% sửdụng cho việc sản xuất các dung môi chứa clo như 1,1,1 tricloetan,

tetracloetan….ngoài ra cho tổng hợp etylendiamin Sản lượng dicloetan vàonăm 1985 được tính toán vào khoảng: ở Mĩ 7 10 6 tấn, ở châu Âu 8 106 tấn, ởNhật 2.5 106 tấn.[6]

Tốc độ phát triển trung bình trong tương lai khó co thể dự đoán trước nóphụ thuộc rất nhiều vào tốc độ tiêu thụ PVC trên thị trường, khả năng tự độnghoá khong công nghệ và chiến lược kinh doanh của nhà sản suất

Mặc dù có nhiều phương pháp sản xuất nhưng hiện nay có hai công nghệchính để sản xuất dicloetan là: Clo hoá trực tiếp etylen và công nghệ oxyclohoá etylen để sản xuất dicloetan Ngày nay hai phương pháp này được cải tiến

và mở rộng nhiều hơn Dây chuyền sản xuất dicloetan thường được kết hợp vớidây chuyền sản xuất VC để tận dụng lượng HCl sinh ra từ quá trình sản suấtVC

Chương I: Tổng quan lý thuyết

a tổng quan về DE

I Giới thiệu về dicloetan

Dicloetan là hợp chất hữu cơ, nó có hai đồng phân là: 1,1dicloetan (CH3

-CH2Cl2) và 1,2dicloetan (ClCH2- CH2Cl) Trong đó 1,1dicloetan là hợp chấtkhông có nhiều ứng dụng và nó thường là sản phẩm phụ không mong muốntrong quá trình sản xuất DE, 1,1_dicloetan có ứng dụng quan trọng nhất lànguyên liệu để sản xuất 1,1,1tricloetan.[6]

I.1 Tính chất vật lý

Dicloetan là chất lỏng không màu, không hoà tan trong nước tuy nó tạovới nước thành hỗn hợp đẳng phí sôi ở 72 oC và có chứa 19,5% nước Nó cókhả năng hoà tan nhiều hợp chất vô cơ và chất béo1 Dicloetan là chất khócháy nhưng khi xảy ra quá trình cháy thì dễ dàng dập tắt bằng nước Dicloetanrất dễ gây mê, nếu hít phải hơi Dicloetan sẽ bị đau đầu, ho và có thể chết Giớihạn nồng độ cho phép của dicloetan trong không khí là 0.05 mg/l.[1]

Một số thông số hoá lý của dicloetan cho ở dưới bảng sau [6]:

o

Nhiệt dung riêng (lỏng ở 20 C) 1,288kj/kg k-1 -1

o

Bảng 2: Hỗn hợp đẳng phí với hai cấu tử Dicloetan.

I.2 Tính chất hoá học

I.2.1 Nhận xét về phân tử dicloetan

Do có sự khác nhau về độ âm điện giữa nguyên tử clo và nguyên tử

cacbon nên cặp electron tạo thành liên kết C- Cl bị lệch về phía nguyên tử Cl.Kết quả là nguyên tử C có sự giảm mật độ electron còn mật độ electron ở

nguyên tử Cl lại tăng nên Do đó mà nguyên tử Cl có thể bị tách ra dưới dạng

Cl- Như vậy dicloetan có thể tham gia các phản ứng đạc trưng là: phản ứng thếnucleophyl và phản ứng tách loại HCl

δ −Cl

δ +C H

δ +C H

δ −Cl

So với các monohalogen thì dicloetan có khả năng phản ứng kém hơn do

độ phân cực của liên kết giảm dần [8]

ở trạng thái bình thường dicloetan tinh khiểt rất ổn định thậm chí cả khinhiệt độ tăng hay có mặt của sắt Nhưng ở nhũng điều kiện thuận lợi nó lại cókhả năng phản ứng rất cao

Phần trăm khối lượng

I.2.2 Phản ứng thế nucleophyl [1],[8]

Đây là phản ứng thay thế anion Cl- bằng các tác nhân nucleophyl khác cóthể là anion (OH-, CN-, NO-), hoặc phân tử trung hoà có cặp electron tự do(NH3, RNH2) Dưới đây ta xét một số phản ứng thế tiêu biểu

• Phản ứng thuỷ phân

Thuỷ phân Dicloetan ta thu được etylenglycol, quá trình này được tiếnhành ở nhiệt độ 200oC,và áp suất P =15at có mặt của Na2CO3 tham gia, phảnứng xảy ra theo cơ chế SN1

Na2CO3Cl- CH2- CH2- Cl + 2H2O HOCH 2- CH2OH + 2HCl

Na2CO3 là xúc tác giúp chuyển dịch cân bằng về phía phải.Ngoài ra cóthể sử dụng huyền phù oxit bạc trong nước sôi

Etylenglycol được sử dụng nhiều trong công nghiệp như sản xuất sợitổng hợp, trong quân sự dùng để sản xuất chất nổ

• Phản ứng với NH3

Tác dụng Dicloetan với Amoniac dưới áp suất tại nhiệt độ 120oC ta thuđược Etylendiamin, một dung môi triết tách hay được sử dụng

Cl- CH2- CH2- Cl + NH3 → NH 2- CH2- CH2- NH2 + NH4Cl

• Tác dụng với alcolat: RONa

Cl- CH2- CH2- Cl + 2RONa → RO- CH2- CH2- OR + 2NaCl

• Tác dụng với dẫn suất cyanlua

Cl- CH2- CH2- Cl + 2CN- → CN- CH 2- CH2- CN + 2Cl

-CNCH2- CH2CN + 2H2O → CH2- COOH + 2NH3

CH2- COOH(axit sucxinic)

0

→

Cl- CH2- CH2- Cl →340 C CH2= CHCl + HCl

Vinylclorua cũng có thể được tạo thành từ phản ứng của dicloetan vớidung dịch kiềm, phản ứng xảy ra theo cơ chế tách loại đơn phân tử E1.

II cơ chế phản ứng clo hoá etylen [8]

Tuỳ thuộc vào điều kiện mà phản ứng clo hoá etylen xảy ra theo các cơchế khác nhau

Khi phản ứng xảy ra trong pha lỏng, dung môi phân cực va có mặt axitLewis (FeCl3) phản ứng sẽ xảy ra rất dễ dàng theo cơ chế cộng electronphyl,theo hai giai đoạn Về mặt hoá lập thể là phản ứng cộng hợp trans

Giai đoạn 1:

+ Với dung môi phân cực

Cl2 + dung môi phân cực → Cl δ − − Cl δ +

C C+

C

C + ClCl

Cl- CH2- CH2- Cl + 4[H] → CH3- CH3 + 2HCl

Cl- CH2- CH2- Cl + Mg  → CH3- CH3 + MgCl2

+ Giai đoạn 2

ở giai đoạn này anion Cl- tiếp tục tấn công nhanh vào phức σ để tạo liênkết mới, tác nhân Cl- sẽ tấn công vào phía ngược lại với phía mà nguyên tử clotrước đã tấn công (cộng hợp trans) Cl

• Cấu tạo đơn giản hoạt tính hoá học cao

• Tương đối dẻ tiền

• Dễ sản xuất từ các hydrocacbon khác bằng quá trình steam cracking,cho hiệu suất cao

• Các phản ứng đi từ nguyên liệu etylen tạo thành ít sản phẩm phụ hơn

-169,15 C

-103,71 CNhiệt độ tới hạn (Tc) o

cộng vào etylen theo cơ chế cộng electronphyl Ngoài phản ứng cộng etylencũng tham gia các phản ứng trùng hợp, phản ứng tổng hợp oxo, phản ứng oxihoá

sẽ hình thành các sản phẩm phụ Tri, Tetra hay Polyhalogen

CH2= CH2 + HCl → CH3- CH2- ClKhả năng phản ứng với Etylen của HI > HCl > HF.

• Cộng nước

CH2= CH2 + H2O → C2H5OH

• Cộng axit hypohalogenơ (HOCl)

Axit hypohalogenơ cộng hợp vào nối dôi C=C của etylen cho ra

etylenclohydrin

CH2= CH2 + Cl- OH → OH- CH2- CH2- Cl

* Tổng hợp oxo

Với sự có mặt của các hợp chất cacboncacbonyl như CO2(CO)3,

HCo(CO)3PR3 hoặc các phức chất của Rodi (R3P)3RHCl, etylen phản ứng vớicacbonmonoxit và hydro để cho các andehyt có nhiều hơn hợp chất đầu mộtnguyên tử cacbon

III.1.3 ứng dụng của etylen [9]

Etylen là nguồn nhiên liệu hữu cơ rất quan trọng trong công nghiệp hoáhọc Năm 1975, tổng sản lượng etylen thu được trên toàn thế giới là 30 triệutấn Etylen được dùng nhiều trong công nghiệp hữu cơ để điều chế rượu etylic,axit axetic, chất dẻo apolyEtylen (PE), dicloetan (dung môi)…, ngoài ra etylencòn dùng để kích thích cho hoa quả mau chín

Trùng hợp etylen trong những điều kiện khác nhau cho nhiều loại

polyme có giá trị như các Polyme phân tử thấp có thể dùng làm dầu nhờn,

polyme phân tử lượng lớn có thể gia công bằng nhiệt và cán thành tấm, thànhmàn mỏng cũng như chế tạo các vận dụng khác nhau Cùng với PVC và

Polystyren, Polyetylen là loại chất dẻo được sản suất với chất lượng lớn

Ngoài ra, etylen còn là nguồn nguyên liệu sản suất ra các sản phẩm hữu

cơ khác nhau: etylenglycol, oxitetylen, andehytaxetic, etylbenzen, styren,

vinylclorua, vinylaxetat, etylenclorua, các ancol bậc một không phân nhánh có

từ 4-20 nguyên tử cacbon và các sản phẩm đồng trùng hợp một số hợp chấtvinyl

III.1.4 Điều chế etylen [9]

Người ta thường điều chế etylen băng cách tách nước từ rượu Etylic khitác dụng với axit H2SO4 đặc ởHđiều kiện 160-170oC

O

Ngày nay, người ta điều chế etylen bằng cách sử dụng phương pháp

nhiệt phân hydrocacbon (sản suất 50% từ naphta, 25-30% từ etan, propan, cònlại là từ gasoil và một số phân đoạn khác)

Naphta thu được bởi quá trình chưng cất dầu thô, khoảng sôi, tỷ trọng vàthành phần biến đổi rộng theo nguồn gốc của dầu thô và điều kiện nhà máy lọcdầu, điểm sôi đầu từ 30-100oC, điểm sôi cuối từ 65-200OC

Etan thu được từ khí tự nhiên béo và khí thải các nhà máy lọc dầu

Propan thu được từ khí tự nhiên béo, xăng tự nhiên và khí thải nhà máylọc dầu

Butan thu được từ xăng tự nhiên và khí thải các nhà máy lọc dầu

Một hỗn hợp của các hydrocacbon nhẹ như propan, iso-butan và n- butanthông thường được gọi là khí hoá lỏng (LPG) thu được từ xăng tự nhiên và khíthải của nhà máy lọc dầu, nó vẫn được sử dụng làm nguyên liệu

Gasoil thu được bởi quá trình chưng cất dầu thô, khoảng sôi và tỷ trọngthay đổi theo nguồn gốc của dầu thô và điều kiện của nhà máy lọc dầu

Bảng 4 Tính chất vật lý của clo.

Tại 20OC một thể tích nước hoà tan được 2,3 lần thể tích Clo

Dung dịch clo trong nước gọi là nước clo Clo là chất khí độc khi hít thởnhiều clo thì bị ngạt hoặc có thể chết

III.2.2 Tính chất hoá học của Clo [4].

a Đối với các hợp chất vô cơ.

Liên kết giữa clo và các halogen khác chủ yếu là liên kết hoá trị, clo rấthoạt động có thể kết hợp với hầu hết các nguyên tố trừ N2, O2 và C

• Tác dụng với kim loại

Natri nóng chảy trong clo tạo thành natriclorua

2Na + Cl2 = 2NaClNếu rắc bột sắt đã nung nóng vào lọ chứa đầy clo, bột sắt cháy tạo thànhkhói màu nâu gồm những hạt rất nhỏ sắt (III) clorua

2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3

• Tác dụng với hydro

Khí clo không phản ứng với hydro ở nhiệt độ thường Chỉ trong điềukiện ánh sáng nhân tạo (khoảng 470mm) hoặc nhiệt độ lớn hơn 250oC thì hydrocháy trong clo với ngọn lửa mờ, xanh nhạt, khí hydrocacbon được tạo thành

Cl2 + H2 = 2HClGiới hạn nổ của hỗn hợp khí tinh khiết nằm trong khoảng 8% thể tích khíhydro và 14% thể tích clo Giới hạn này phụ thuộc vào áp suất nhưng khi tathêm khí trơ như N2, CO2 thì giới hạn này giảm

Độ tới hạn liên quan đến khí 2,48

Điện cực tiêu chuẩn (E) 1,359V

Clo tác dụng với nước tạo thành axit clo hydric và axit hypoclorơ

Cl2 + H2O = HCl + HClOHClO là hợp chất không bền, dễ bị phân huỷ và giải phóng oxy nguyên

• Tác dụng với oxit nitơ

Với sự có mặt của xúc tác Br, clo phản ứng với oxit nitơ tạo thành

cloruanitrosyl (NOCl) theo phản ứng

Ngoài ra, clo còn phản ứng mãnh liệt với iốt, phốt pho đỏ, arsen,

antimoan, thiếc và bitmut

b Đối với các hợp chất hữu cơ.

Trong các hợp chất hữu cơ thì liên kết Cl-Cl là hoá trị Do đó, clo có thểphản ứng với các hydrocacbon theo phản ứng thế hoặc phản ứng cộng

Trong các hydrocacbon bão hoà, clo tham gia phản ứng thế hydro mộtphần hoặc hoàn toàn để tạo thành hydrocacbon chứa cacbon và clohydro

Trong công nghiệp, người ta tăng tốc độ phản ứng bằng cách sử dụngánh sáng, nhiệt hoặc xúc tác

Trong các hydrocacbon thơm, phản ứng thế và cộng có thể xảy ra phụthuộc vào điều kiện (ánh sáng, nhiệt độ, áp suất, xúc tác)

Phản ứng của clo với các hợp chất hữu cơ đặc biệt là các hydrocacbon no

có thể xảy ra mãnh liệt dưới các điều kiện tương tự và phân huỷ hoàn toàn

thành cacbon tự do

III.2 3 ứng dụng của Clo [3].

Clo là nguyên tố thứ 11 phổ biến rộng rãi và có hoạt tính cao

Clo được dùng để tẩy trắng vải, giấy và điều chế những chất cũng dùng

để tẩy trắng như clorua vôi Một lượng lớn clo được dùng để chế tạo axit

clohydric, dược phẩm, thuốc trừ sâu, chất màu, chất dẻo, tơ sợi và cao su

Trong tự nhiên, clo chỉ ở trạng thái tự do trong phakhí phun ra từ núi lửa.Những hợp chất của clo như NaCl, KCl, MgCl2 phổ biến trong tự nhiên có

nhiều trong nước biển, hồ

III 2.4 Điều chế Clo [3].

Clo được tạo thành là do quá trình oxy hoá axit HCl hoặc clorua bằngcác hợp chất như: dioxitmangan, pemanganat, diclomat, axitnitric, clorat hoặc

NO2

Trong phòng thí nghiệm clo được điều chế bằng phản ứng của axit

clohydric với một lượng chất oxy hoá mạnh như MnO2

4HCl + MnO2 = MnCl2 + Cl2 + 2H2O

Trong cụng nghiệp, clo được điều chế bằng quỏ trỡnh clo-kiềm, trong quỏtrỡnh điện phõn clo-kiềm dung dịch natriclorua bị phõn huỷ trực tiếp tạo ra Cl2,

H2 và NaOH theo phản ứng sau:

2NaCl + 2H2O = 2NaOH + Cl2 + H2OHiện nay, trờn thế giới 95% sản lượng clo nhận được từ quỏ trỡnh clo-kiềm Cụng suất clo trờn thế giới vượt quỏ 40.106 tấn/năm nhưng với mức tiờuthụ hiện năng lượng điện hàng năm khoảng 1011KW.h là vấn đề cần quan tõm

IV Cỏc yếu tố ảnh hưởng.

IV.1 ảnh hưởng của nhiệt độ.

Đặc trưng của quỏ trỡnh halogen hoỏ là toả nhiệt nờn quỏ trỡnh tổng hợp1,2 Dicloetan toả nhiệt rất lớn

CH2 = CH2 + Cl2 → ClCH 2= ClCH2 – 220 Kj / mol

Do toả nhiệt làm cho trong hỗn hợp phản ứng tăng lờn nhanh, nếu nhiệt

độ cao quỏ sẽ dẫn đến sự phõn huỷ cỏc hợp chất hữu cơ, mặt khỏc sẽ tạo điềukiện cho phản ứng thế clo hỡnh thành cơ chế chuỗi gốc Vỡ vậy, quỏ trỡnh điềuchế dicloetan cần phải khống chế nhiệt độ thấp vừa phải Để thuận lợi cho phảnứng cộng bằng cỏch lấy nhiệt phản ứng ra ngoài, đũi hỏi thiết bị phản ứng phải

cú hệ thống làm lạnh

Mặt khỏc khi nhiệt độ tăng nờn thi phản ung thế cũng xảy ra Nhiệt độcàng tăng thỡ phản ứng thế càng chiếm ưu thế Người ta định nghĩa nhiệt độ tớihạn là nhiờt độ tại đú phản ứng thế trội hơn phản ứng cộng Đối với etylen nhiệt

độ tới hạn trong khoảng 270 -3500C Sự phụ thuộc của thành phần sản phẩmclo hoỏ vào nhiệt độ như sau:

100806040

1

2

1: Dicloetan2: tricloetan3: tetracloetan20

30

-30 -20 -10 0 10 20 30

Nhiệt độ clo hoá, 0C

Hình 1: Sự phụ thuộc của thành phần sản phẩm clo

hoá vào nhiệt độ

Bảng 5: Thành phần sản phẩm clo hoá ở các nhiệt độ khác nhau

IV 2 ảnh hưởng của thành phần khí.

Như trên đã nói có thể biến đổi thành phần sản phẩm nếu cho vào môitrường phản ứng một lượng oxy tự do, lượng sản phẩm phụ tạo thành do phảnứng thế sẽ ít đi và có thể không có Điều đó có thể giải thích bằng sự đứt mạchcủa phản ứng thế khi có oxy

Vì thế khi thêm oxy vào cho phép ta tiến hành phản ứng ở nhiệt độkhoảng 30oC, quá trình kỹ thuật sẽ đơn giản rất nhiều, không cần làm lạnh bằngnước muối mà có thể làm lạnh bằng bằng nước thường, thiết bị sẽ đơn giản hơn

do đó giá thành Dicloetan sẽ giảm

Tỷ số giữa clo và etylen cũng ảnh hưởng nhiếu đến lượng sản phẩm phụ,

tỷ số clo/etylen càng lớn sản phẩm phụ càng nhiều Vì vậy, trong thực tế người

ta thường dùng thiếu clo

IV.3 ảnh hưởng của xúc tác.

Xúc tác có vai trò quan trọng trong quá trình phản ứng Trong quá trìnhclo hoá etylen thường dùng xúc tác là FeCl3 hay AlCl3 Nó có tác dụng thúcđẩy quá trình phản ứng, tăng độ chịu lọc về phía tạo sản phẩm chính, xúc tác cóđặc điểm là tiện lợi và rẻ tiền Điều quan trọng là cách đưa xúc tác vào thiết bịphản ứng

V ứng dụng của dicloetan

Dicloetan là bán sản phảm quan trọng của ngành tổng hợp hữu cơ hoádầu Nó được dùng làm nguyên liệu để tổng hợp ra nhiều hợp chất có ý nghĩakinh tế

ứng dụng quan trọng nhất của dicloetan là sản xuất vinylclorua một

monome quan trọng trong công nghiệp sản xuất nhựa PVC một loại nhựa được

sử dụng rất phổ biến

0

Cl- CH2- CH2- Cl + NaOH → CH2= CHCl + NaCl + H2OnCH2- CH2- Cl → -(CH2 - CH)n-

ClDicloetan được dùng để sản xuất etylenglycol được dùng trong sản xuất

tơ sợi tổng hợp và chất nổ

Dùng dicloetan để sản xuất etylendiamin là dung môi hữu cơ

được dùng phổ biến trong triết tách và làm chất hấp thụ

Dicloetan được dùng làm dung môi trích ly chất béo ra khỏi đông thực vật, khửdầu mỡ ở ra và lông thú, làm sạch kim loại trước khi mạ crom và niken Tuynhiên trong nhiều trường hợp dicloetan được sử dụng hạn chế vì nó tương đốiđộc

B các phương pháp sản xuất DE

Dicloetan là sản phẩm quan trọng trong tổng hợp hữu cơ Sau đây là một

số phương pháp dùng để sản xuất dicloetan

I Phương pháp clo hoá trực tiếp etylen [1], [2], [6].

Đây là phương pháp hay dùng để sản xuất dicloetan, cho hiệu xuất thudicloetan cao Ngày nay trong công nghiệp chủ yếu sử dụng phương pháp này

do nguyên liệu etylen dễ kiếm từ quá trình chế biến từ dầu mỏ và khí hoá

Phản ứng kết hợp giữa clo và etylen

CH2=CH2 + Cl2 CH2Cl-CH2Cl

I.1 Clo hoá trực tiếp etylen trong pha lỏng [2].

I.1.1 Nguyên liệu.

Etylen có độ sạch cao để ngăn ngừa vấn đề sản phẩm phụ và vấn đề làmsạch sản phẩm Hàm lượng propan/propylen phải được điều khiển để làm giảmtối thiểu sự tạo thành propanclorua, propenclorua vì nó khó tách dicloetan bằngchưng cất

Cl- CH2- CH2- Cl →340 C CH2= CHCl + HCl

Clo phải sạch brom, để tránh tạo sản phẩm phụ Người ta thường chothêm oxy không khí vào thiết bị phản ứng để ức chế các phản ứng thế tiếp theotạo ra từ dicloetan và các dẫn suất clo hoá cao hơn.

I.1.2 Phản ứng của quá trình.

Phản ứng được tiến hành trong pha lỏng (điều khiển nhiệt độdicloetan) với sự có mặt của xúc tác Lewis (FeCl3) dạng hoà tan, phản ứngđược tiến hành phần lớn trong môi trường dicloetan lỏng vì dicloetan hoà tan cảclo và etylen Do đó, quá trình có thể tiến hành an toàn (vì etylen và clo tạothành hỗn hợp nổ) sự rút nhiệt phản ứng tương đối dễ dàng, tránh được hiệntượng đun nóng cục bộ

Trong quá trình còn có một số phản ứng phụ tạo ra từ cloetan,

tetracloetan tạo thành càng nhiều

Qua các quá trình nghiên cứu Khi cho vào môi trường phản ứng mộtlượng oxy hoặc không khí sẽ ức chế sự tạo thành sản phẩm phụ, vì thế cho

phép phản ứng tiến hành ở nhiệt độ 20 ÷ 30oC với thiết bị đơn giản hơn và giáthành của dicloetan sẽ giảm

Tỷ số giữa clo và etylen cũng ảnh hưởng nhiều đến sản phẩm phụ, tỷ lệgiữa clo/etylen càng lớn sản phẩm phụ càng nhiều, vì thế trong thực tế người tathường dùng thiếu clo Khi lượng etylen dư nhiều cần có thiết bị ngưng tụ phứctạp, để ngăn ngừa mất mát etylen ở khí cuối

Sự biến đổi quá trình cơ bản sản xuất dicloetan bằng phương pháp clohoá trực tiếp etylen trong pha lỏng được đặc trưng bởi hai công nghệ sau

I.1.3 Công nghệ clo hoá nhiệt độ thấp (LTC)[6].

Nhiệt độ cần tiến hành cho quá trình clo hoá ở 20oC – 30oC

Thiết bị phản ứng hình trụ có cánh khuấy, có thiết bị làm lạnh bên ngoài vàbên trong (bên ngoài có vỏ bọc, bên trong có ống xoắn ruột gà để cho nướclạnh tuần hoàn rút nhiệt phản ứng) Sục clo và etylen vào dicloetan có sẵn trongtrong thiết bị Cần phải sấy khô clo trước khi phản ứng vì clo dễ ăn mòn thiết

bị (do clo là một chất oxy hoá mạnh và co hoạt tính mạnh, nó oxy hoá kim loạiđến mức oxy hoá dương cao nhất, đặc biệt là quá trình oxy hoá tăng khi có độẩm)

* Ưu nhược điểm của quá trình

+ Ưu điểm của công nghệ clo hoá ở nhiệt thấp

Do phản ứng thực hiện ở nhiệt độ thấp 20-30oC thấp hơn nhiệt độ sôi củadicloetan và làm lạnh khối phản ứng (bằng cách trao đổi nhiệt bên ngoài thiết

bị hay băng cách tuần hoàn thiết bị trao đổi nhiệt bên ngoài và bên trong) nên íttạo sản phẩm phụ Đồng thời phản ứng clo hoá tạo ra nhanh, thiết bị phản ứngkhá đơn giản, không chế nhiệt độ dễ dàng, làm việc an toàn, dicloetan có độtinh khiết cao, hiệu suất dicloetan cao, sự chuyển hoá đạt tới 100% đối với clo

và độ chọn lọc của etylen gần bằng 99%

+ Nhược điểm của công nghệ clo hoá nhiệt độ thấp

Do phải làm lạnh khối phản ứng và tốn năng lượng cho quá trìnhchưng cất vì phản ứng ở nhiệt độ thấp ( lượng hơi cần cho quá trình làm sạchdicloetan) tốn nhiều công đoạn xử lý làm sạch

I.1.4 Công nghệ clo hoá Etylen nhiệt độ cao (HTC).

Công nghệ clo hoá trực tiếp etylen nhiệt độ cao là một xu thế mới trongcông nghiệp tổng hợp hữu cơ hoá dầu hiện nay Do phản ứng tiến hành ở nhiệt

độ cao tương đương 100oC, không phải làm lạnh khối phản ứng mà kết hợpnhiệt phản ứng dùng để bốc hơi dicloetan và chưng tách hỗn hợp phản ứng

• Sơ đồ quá trình sản xuất 1,2 dicloetan bằng phương pháp clo hoá trực

tiếp etylen ở nhiệt độ cao

KhÝ th¶i 1

S¶n phÈm nhÑ

C H Cl

CH

Cl

S¶n phÈm nÆng

Hình 3: Sơ đồ quá trình sản xuất EDC ở nhiệt độ cao

1: Thiết bị phản ứng; 2: thiết bị trao đổi nhiệt; 3, 5: bộ phận tách lỏng hơi;

4: tháp tinh luyện

• Ưu nhược điểm của công nghệ clo hoá ở nhiệt độ cao

+ Ưu điểm của quá trình

Hiệu suất của quá trình đạt được có thể so sánh với quá trình clo hoá ở nhiệt

độ thấp nhưng tiêu tốn năng lượng thấp hơn nhờ tận dụng nhiệt phản ứng choquá trình bay hơi dicloetan Độ chuyển hoá hoàn toàn

+ Nhược điểm của quá trình:

Thiết kế thiết bị phản ứng phức tạp

I 2 Clo hoá trực tiếp Etylen trong pha khí [2].

Quá trình clo hoá trực tiếp trong pha khí tiến hành phản ứng clo hoá

etylen cùng với nhiệt phân tách HCl Trong quá trình clo và etylen liên tục thổivào thiết bị trong đó duy trì nhiệt độ, thời gian tiếp xúc, hỗn hợp hơi đem phânriêng

Nhược điểm của quá trình này là sự truyền nhiệt không đồng đều vận tốcphản ứng trong pha khí nhỏ hơn trong pha lỏng, khó không chế được nhiệt độ ,thiết bị phản ứng phức tạp nên quá trình này không sử dụng trong công nghiệp

Hình 4: sản xuất EDC bằng clo hoá

etylen, thu sản phẩm ở dạ ng hơi

Cộ

t hồi

lu u

Th iết bị ph

ản ứn g

Thá

p ổn

đị nh