Luận Văn: Công Nghệ Sản Xuất Axetandehit Và Axit Axetic

Luận văn đề tài công nghệ sản xuất axetandehit và axit axetic cung cấp kiến thức chuyên sâu về quy trình, ứng dụng và hiệu quả trong công nghiệp hóa chất.

• Tác giả: Nguyễn Ngọc Luân
• Đề tài: Công nghệ sản xuất Axetandehit và axit axetic
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Công nghệ sản xuất axetandehit

Công nghệ sản xuất axetandehit là một quy trình quan trọng trong ngành hóa học hữu cơ. Axetandehit được sản xuất thông qua các phương pháp như oxy hóa etylen, dehydro hóa ethanol, và quá trình Wacker. Các phương pháp này đều yêu cầu điều kiện phản ứng cụ thể và sử dụng chất xúc tác phù hợp. Quy trình sản xuất axetandehit từ etylen được ưa chuộng do hiệu suất cao và chi phí thấp. Các nhà máy lớn như BASF và Monsanto đã áp dụng công nghệ này để sản xuất axetandehit với quy mô công nghiệp.

1.1. Phương pháp oxy hóa etylen

Phương pháp oxy hóa etylen là một trong những cách hiệu quả nhất để sản xuất axetandehit. Quá trình này sử dụng chất xúc tác palladi và đồng để chuyển hóa etylen thành axetandehit. Công nghệ hóa học này đã được phát triển từ những năm 1970 và hiện vẫn được áp dụng rộng rãi. Phương pháp này không chỉ mang lại hiệu suất cao mà còn giảm thiểu chất thải độc hại.

1.2. Quá trình Wacker

Quá trình Wacker là một phương pháp khác để sản xuất axetandehit từ etylen. Quá trình này sử dụng palladi clorua làm chất xúc tác và tạo ra axetandehit cùng với các sản phẩm phụ như axit clohydric. Ứng dụng axetandehit trong công nghiệp hóa học rất đa dạng, từ sản xuất axit axetic đến các hợp chất hữu cơ khác.

II. Sản xuất axit axetic

Axit axetic là một hợp chất hữu cơ quan trọng được sản xuất từ nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau. Các phương pháp sản xuất chính bao gồm cacbonyl hóa metanol và oxy hóa axetandehit. Phương pháp sản xuất axit axetic từ metanol được ưa chuộng do hiệu suất cao và chi phí thấp. Các công nghệ như Monsanto và Cativa đã được phát triển để tối ưu hóa quá trình sản xuất này.

2.1. Cacbonyl hóa metanol

Cacbonyl hóa metanol là phương pháp chính để sản xuất axit axetic. Quá trình này sử dụng metanol và cacbon monoxit làm nguyên liệu, với chất xúc tác là rhodi hoặc iridi. Chất lượng axit axetic được sản xuất bằng phương pháp này rất cao, đáp ứng được yêu cầu của nhiều ngành công nghiệp. Công nghệ Cativa, sử dụng chất xúc tác iridi, đã thay thế phần lớn công nghệ Monsanto do hiệu quả và tính thân thiện với môi trường.

2.2. Oxy hóa axetandehit

Oxy hóa axetandehit là một phương pháp truyền thống để sản xuất axit axetic. Quá trình này sử dụng axetandehit làm nguyên liệu và oxy làm chất oxy hóa. Sản phẩm từ axetandehit này được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp hóa chất và dược phẩm. Mặc dù hiệu suất không cao bằng cacbonyl hóa metanol, phương pháp này vẫn được áp dụng trong một số nhà máy.

III. Ứng dụng của axetandehit và axit axetic

Ứng dụng axetandehit và axit axetic rất đa dạng trong các ngành công nghiệp. Axetandehit được sử dụng để sản xuất axit axetic, anhydrit axetic, và các hợp chất hữu cơ khác. Tính chất axit axetic như độ axit và khả năng phản ứng hóa học làm cho nó trở thành nguyên liệu quan trọng trong sản xuất dược phẩm, thuốc nhuộm, và chất dẻo.

3.1. Ứng dụng trong công nghiệp hóa chất

Axit axetic được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp hóa chất để sản xuất các hợp chất như vinyl axetat, anhydrit axetic, và các este. Công nghệ hóa học hiện đại đã tối ưu hóa quá trình sản xuất các hợp chất này, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của thị trường.

3.2. Ứng dụng trong thực phẩm và dược phẩm

Axit axetic cũng được sử dụng trong ngành thực phẩm và dược phẩm. Dung dịch axit axetic loãng được dùng làm giấm ăn, trong khi axit axetic tinh khiết được sử dụng trong sản xuất thuốc và các hợp chất hữu cơ khác. Chất lượng axit axetic đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn và hiệu quả của các sản phẩm này.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương I Tính chất lý hoá, ứng dụng và tình hình sản xuất axetandehyt và axit axetic. axetandehyt được phát hiện bởi Sheele vào năm 1774, khi ông thực hiện phản ứng giữa mangan đioxit có màu đen (MnO2) và axit sunfuric với rượu. Cấu tạo axetandehyt được Liebig giải thích vào năm 1835, ông đã tạo ra axetandehyt tinh khiết bằng việc oxi hóa rượu etylic với cromic và cũng đã xác định rõ tên gọi của sản phẩm này là "andehyt". Tính chất vật lý Axetaldehyt là một chất lỏng, không màu, có nhiệt độ sôi thấp, nó là một chất lỏng có khả năng bắt lửa cao, có mùi thơm hắc, , khi pha loãng có mùi trái cây.

Tan nhiều trong nước, etanol, ete. Hỗn hợp Axetaldehyt với không khí gây nổ ở 380 - 400 oC; với oxi nổ ở 140 - 143 oC. Do có khả năng phản ứng hóa học cao, nên axetandehyt là một sản phẩm hóa học trung gian vô cùng quan trọng trong công nghệ hữu cơ, từ nó có thể sản xuất ra các hợp chất như axit axetic, anhidric axetic, etyl acetat, axit peracetic, rượu butylic 2-ety- haxanol, penta- etythritol, muối clorua axetandehyt , glyoxal, akyl amin piridin và nhiều chất khác Tính chất vật lý Công thức CH3CHO Điểm nóng chảy -123,5 oC Điểm sôi 20,2 oC ID IUPAC Ethanal Khối lượng phân tử 44,05256 g/mol Có thể hoà tan trong Nước, etanol, ete Mật độ 788,00 kg/m3 Áp suất tới hạn 6,44 Mpa Nhiệt độ tới hạn 181,5 oC 2. Tính chất hoá học.

4 Axetandehyt có công thức phân tử là: CH3-CH=O. axetandehyt vừa là chất oxy hoá, vừa là chất khử. - tham gia phản ứng cộng hydro (CH3CHO là chất oxy hoá) - Tham gia phản ứng oxy hoá (CH3CHO là chất khử) C2H5OH + CH3CHO + CuO → Cu + H2O CH3CH=O + 1/2 O2  CH3COOH  Axetandehyt được điều chế bằng cách: - hiđrat hoá axetilen với sự có mặt của muối thuỷ ngân ở 95 oC HC≡CH + H2O → CH3CHO - oxi hoá ancol etylic bằng oxi không khí ở 400 - 550 oC với xúc tác kim loại (vd.); - đehiđro hoá ancol etylic ở 250 – 400 oC với xúc tác Cu - Zn hay Cu - Cr - Trong quá trình Wacker, các ethylene (C2H4) được oxy hóa thành acetaldehyd C2H4 + H2O + PdCl2 → CH3CHO + Pd + 2HCl 3. Ứng dụng và sản xuất Do có khả năng phản ứng hóa học cao, nên axetandehyt là một sản phẩm hóa học trung gian vô cùng quan trọng trong công nghệ hữu cơ, từ nó có thể sản xuất ra các hợp chất như axit axetic, anhidric axetic, etyl acetat, axit peracetic, rượu butylic 2-ety- haxanol, penta- etythritol, muối clorua axetandehyt , glyoxal, akyl amin piridin và nhiều chất khác.

Axetandehyt được sử dụng trong thương mại đầu tiên là việc sản xuất ra axetal thông qua axit axetic, giữa những năm 1914 đến năm 1918 ở Đức và ở Canada. Axetandehyt là một chất trong quá trình trao đổi chất của thực vật và 5 động vật, trong đó axetandehyt có khả năng tách ra với số lượng nhỏ. Số lượng lớn của axetandehyt có liên quan đến nhiều quá trình sinh học, nó cũng là chất quan trọng nhiều quá trình lên men rượu, axetandehyt cùng có mặt một lượng ít trong đồ uống như bia, rượu, các rượu mạnh, nó cũng được tách ra từ nước ép trái cây, dầu ăn, cà phê khô, khói thuốc lá. Nhiều quá trình sản xuất axetandehyt mang tính thương mại như dehydro hóa hoặc là oxi hóa rượu etylic, quá trình hợp nước của axetylen oxi hóa từng phần của các hidrocacbon và oxi hóa trực tiếp của etylen.

Vào những năm 1970, công suất của quá trình sản xuất theo phương pháp oxi hóa trực tiếp trên thế giới 2 x 106 tấn/năm. quá trình oxi hóa trực tiếp etylen bây giờ chỉ còn ở Mỹ và Nhật Bản. Nó được sản xuất chủ yếu ở Celanese và hãng Eastman (USA), hãng Wacker - Chemic và hãng Hoechst (Đức) và hãng Aldehyde Co., Kyo-Wa Yuka Co., Mitsubishi Chemical Industries, Chisso Corp., Sumitomo, Showa Denko, Mitsui (Nhật Bản), Montedison (Italia), Lonza (Thuỵ Điển), hãng pemax (Mexico). Năng suất của quá trình sản xuất axetandehyt bằng cách oxi hóa trực tiếp từ etylen, tăng lên từ năm 1960, tuy nhiên axetandehyt được chấp nhận bởi một số nhà máy khác bởi vì axetandehyt được xem là chất trung gian cần thiết cho các chất hữu cơ khác, các chất hữu cơ này là sự chuyển mạch từ quá trình oxi hóa trên hoặc từ các dẫn xuất của axetandehyt , hầu hết là từ than đá và từ cơ sở Hidrocacbon C1, một xu hướng là tiếp tục phát triển quá trình từ C1.

Sự tiêu thụ axetandehyt những năm gần đây đã giảm dần, do ngày nay có nhiều quá trình sản xuất ra dẫn xuất của axetandehyt đã được phát triển như là quá trình của Oxo cho ta rượu butylic cùng với 2-ethyl hexanol, quá trình của hãng Mohsanto cho ta axit axetic. Tuy nhiên axetandehyt vẫn được coi là chất trung gian khá quan trọng trong tổng hợp hữu cơ. Ở Việt Nam, ngành công nghiệp dầu khí đang ngày càng phát triển tạo ra một nguồn nguyên nhiên liệu dồi dào cho các nghành công nghiệp khác, đặc biệt là nghành tổng hợp hữu cơ, từ đó tổng hợp được vô số các hợp chất hóa học phục vụ cho đời sống B. Axit Axetic Danh pháp IUPAC là: acid ethanoic Tên hệ thống : Acid ethanoic Tên khác : Acetyl hydroxit (AcOH), Hydro axetat (HAc), Ethylic acid, Axit metanecarboxylic 1.

Tính chất vật lý 6 Tính chất vật lý Tỷ trọng 1,049 g/cm3 Điểm nóng chảy 16,5 oC Điểm sôi 118,1 oC Độ hoà tan trong nước Có thể hoà tan hoàn toàn Độ axit (pKa) 4,76 (ở 25 oC) Độ nhớt 1,22 mPa.s (ở 25 oC)  Axit Axetic là chất lỏng không màu, trong suốt.  Axit axetic không tinh khiết thường lẫn các tạp chất như nước, anhydrit axetic, và các chất dễ oxy hoá khác. Axit axetic băng(chứa <1% nước) có tính hút ẩm mạnh. Sự có mặt của nước với nồng độ nhỏ hơn 0,1% làm giảm nhiệt độ nóng chảy của axit khoảng 0,2 oC.

 Axit axetic tan trong nước, rượu, axeton và các dung môi khác theo bất cứ tỷ lệ nào, tan tốt trong xenluloza và các nitroxenluloza, khi đun nóng hoà tan một lượng nhỏ phốt pho và một lượng không đáng kể lưu huỳnh.  Axit axetic là dung môi tốt cho nhiều chất như nhựa thông và dầu thực vật.  Dung dịch axetic có tính chất ăn mòn mạnh, tính chất này thể hiện trên nhôm và thép không gỉ thì có ý nghĩa quan trọng với ngành xây dựng và đồ dùng nấu ăn. Axit axetic tinh khiết thì có độ dẫn điện kém nhưng khi thêm một ít axit sunfuric thì tăng lên và có dòng chạy qua thì bị điện phân thành cacbon (I), (II) oxit, và oxy.

 Axit axetic có mùi vị hăng chua, khi bị làm lạnh đóng rắn thành dạng tinh thể đá không màu dạng lá mỏng. Người ta có thể dùng điểm đông đặc để đánh giá độ tinh khiết của Axit axetic. Tính chất hoá học Công thức phân tử của axit axetic là: CH3COOOH 7 Tính chất hoá học của Axit axetic được quyết định bởi sự có mặt của nhóm cacboxyl trong phân tử, là một axit hữu cơ yếu nó có đầy đủ tính chất hoá học của một axit hữu cơ. Cấu tạo nhóm cacboxyl còn chưa xác định cụ thể.

Thông thường biểu diễn cấu tạo nhóm cacboxyl như sau: Do nhóm hydroxyl gắn trực tiếp với nhóm cacbonyl, chịu ảnh hưởng của nhóm cacbonyl, liên kết O-H phân cực về phía oxy nên proton phân ly dễ dàng hơn. Vì vậy tính axit của axit axetic mạnh hơn rượu nhiều. hằng số phân ly K = 1,76. Mặc dù không phải là chất hoạt động nhưng có rất nhiều sản phẩm có giá trị được sản xuất từ axit axetic.

Axit axetic phản ứng với rượu hoặc olefin để tạo este khác nhau. Axetamit được điều chế bằng cách phân huỷ nhiệt amoniaxetat. Axit axetic cũng có thể chuyển thành axetyl clorua nếu sử dụng các tác nhân clo hoá như photphotriclorua hoặc thionylclorua. Axit axetic là nguyên liệu thô cho nhiều quá trình sản xuất thương mại.

Nó có thể tạo vinyl axetat (VA) khi sử dụng etylen có xúc tác là kim loại quí. Axit axetic cũng được dùng để sản xuất anhydrit axetic, axit cloaxetic. Đa số phản ứng của axit axetic thể hiện ở các loại phản ứng: -Phản ứng kéo theo sự đứt liên kết O-H, ví dụ sự phân ly axit -Phản ứng xảy ra ở nguyên tử C ở nhóm cacboxyl -Phản ứng Decacboxyl hoá  Tính axit của Axit axetic: có khả năng trung hoà các bazơ, oxit bazơ, đẩy axit cacbonic ra khỏi muối của nó. Hơi axit axetic có thể chịu nhiệt đến 400 oC.

Khi đun nóng quá 420 oC thì hơi này bị phân huỷ thành xeton. Phản ứng xảy ra ở nguyên tử cacbon của nhóm cacboxyl.  Phản ứng este hoá: khi tác dụng với rượu có mặt của axit xúc tác ta được este  Tạo thành axyl halogenua: Axit axetic phản ứng với pentaclorua photpho, triclorua photpho, thionyl clorua sẽ tạo axyl clorua do sự thay thế OH bằng clo.  Khử hoá axit axetic  Phản ứng Decacboxyl hoá  Phản ứng tạo amit  Phản ứng loại nước tạo anhydrit  Sau đây là một số phản ứng quan trọng của axit axetic được sử dụng trong thực tế: + Tác dụng với kim loại mạnh cũng như với kiềm tạo muối axetat CH3COOH + NaOH  CH3COONa + H2O Muối của Axit axetic có giá trị sử dụng lớn.

Axetat kẽm, axetat đồng được sử dụng để sản xuất bột màu. Ngoài ra còn có axetat sắt, axetat natri, axetat mangan, để làm xúc tác cho các quá trình tổng hợp hữu cơ. 8 +Clo hoá Axit axetic ở 90 - 100 oC với sự có mặt của xúc tác (lưu huỳnh, iod, phốt pho) : CH3COOH + Cl2  CH2Cl – COOH + HCl Cùng với axit monoclorua axetic, còn tạo ra cả di, tri- clorua axetic axit. Axit monoclorua axetic đã được sử dụng để điều chế phenyl glyxeric (sản phẩm trung gian trong tổng hợp indigo), thuốc trừ cỏ quan trọng đó là axit 2,4 – diclorua phenol axetic và muối của nó.

Axetol phenol có mùi dễ chịu được sử dụng trong công nghiệp hương liệu để sản xuất xà phòng. +Từ Axit axetic và axetylen điều chế ra este không no là vinyl axetat CH3COOH + CHCH  CH2 = CHOCOCH3. Vinyl axetat được dùng trong sản xuất chất dẻo, phim không cháy. +Điều chế anhydrit axetic bằng Dehydrat hoá hai phân tử Axit axetic để từ đó sản xuất ra tơ axetat và sợi nhân tạo: 2CH3COOH  (CH3CO)2O (loại một phân tử nước) +Chuyển hóa etylen thành vinyl axetat với hiệu suất 97% trong đó paladi clorua bị khử bởi etylen trong dung dịch Axit axetic và natri axetat C2H4 + PdCl2 + 2CH3COONa  CH2=CH – OCOCH3 + 2NaCl + Pd + CH3COOH.