CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG LUYỆN Phương pháp chưng luyện Chưng là phương pháp dùng để tách các hỗn hợp khí lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa vào nhiệt độ sôi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp. Khi chưng ta thu được nhiều sản phẩm và thường có bao nhiêu cấu tử thì có bấy nhiêu sản phẩm. Phương pháp chưng luyện này là một quá trình trong đó hỗn hợp được bốc hơi và ngưng tụ nhiều lần. Kết quả cuối cùng ta thu được ở đỉnh tháp là một hỗn hợp gồm các cấu tử dễ bay hơi có nồng độ đạt yêu cầu.
Phương pháp chưng luyện cho hiệu suất cao nên nó được sử dụng nhiều trong thực tế. Các phương pháp chưng cất bao gồm: - Chưng đơn giản. - Chưng bằng hơi nước trực tiếp. - Chưng bằng hơi nước gián tiếp - Chưng chân không - Chưng ở áp suất thấp - Chưng ở áp suất cao Trong trường hợp này với yêu cầu axeton có độ tinh khiết cao khi sử dụng, cùng với hỗn hợp axeton- nước không có điểm đẳng phí nên chọn phương pháp chưng liên tục là hiệu quả nhất.
Thiết bị chưng luyện Trong sản xuất thường sử dụng rất nhiều loại tháp khác nhau nhưng chúng đều có một yêu cầu cơ bản là diện tích tiếp xúc bề mắt pha lớn ,điều này phụ thuộc độ phân tán lưu chất vào. Tháp chưng cất rất phong phú về kích cỡ và ứng dụng, các tháp lớn thường được sử dụng trong công nghệ lọc hóa dầu. Đường kính tháp phụ thuộc vào lượng pha lỏng và luợng pha khí, độ tinh khiết của sản phẩm. 8 Các loại tháp thường sử dụng như: - Tháp đệm - Tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền - Tháp đĩa lỗ không có ống chảy truyền - Tháp chóp Mỗi loại tháp chưng lại có cấu tạo riêng, ưu nhược điểm khác nhau, vì vậy ta phải chọn loại tháp nào phù hợp với hỗn hợp cấu tử cần chưng và tính toán thiết bị phù hợp với yêu cầu.
GIỚI THIỆU VỀ HỖN HỢP CHƯNG LUYỆN 2.1 CS 2 – Methanedithione a) Tính chất vật lý Khối lượng mol : 76,139 g/mol Bề ngoài : Lỏng không màu ; không tinh khiết : vàng nhạt Khối lượng riêng : 1,621 g / cm3 Điểm nóng chảy : −110,8 °C (162,3 K; −167,4 °F) Điểm sôi : 46,3 °C (319,4 K; 115,3 °F) Độ hòa tan trong nước : 0,29 g/100ml (20°C) Chiết suất (n D) : 1,6295 b) Tính chất hóa học + Phân tử CS2 có hai liên kết đôi C = S (trong mỗi liên kết đôi có chứa 1 liên kết σ và một liên kết π). + Phân tử CS2 có cấu tạo thẳng. + Dễ bắt cháy, độc hại , kích ứng. 9 c) Phổ biến và sản xuất Một lượng nhỏ carbon disulfide được giải phóng ra từ các vụ phun trào núi lửa và các đầm lầy.
CS2 từng được sản xuất bằng cách kết hợp carbon (hay than cốc) và lưu huỳnh ở nhiệt độ cao. Phản ứng có nhiệt độ thấp, chỉ cần 600 °C sử dụng khí thiên nhiên như là nguồn carbon với xúc tác là silica gel hay alumina: CH 4 + 4S → CS 2 + 2 H 2S↑ d) Phản ứng So sánh với CO 2, CS 2 là hoạt hóa hơn về phía ái lực hạt nhân và rất dễ dàng bị khử. Các khác biệt này trong độ hoạt hóa có thể coi là do khả năng cung cấp π yếu hơn của các trung tâm sulfido, làm cho carbon trở thành ái lực điện tử hơn. Nó được sử dụng rộng rãi trong tổng hợp các hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh như natri metam, một chất xông đất và được sử dụng rộng rãi trong sản xuất vải viscoza mềm.
CS 2, là chất dễ bắt cháy và có nhiệt độ tự kích cháy thấp, không thể dễ dàng vận chuyển bằng các phương tiện vận tải thông thường. Xuất khẩu toàn thế giới của hóa chất này là không đáng kể.2 CCl 4 – Cacbon tetraclorua hay tetrachloromethan 10 Người ta sử dụng chủ yếu hợp chất này làm chất phản ứng trong tổng hợp hữu cơ. Trước đây nó còn làm chất dập lửa và làm chất làm lạnh. Đây là một chất lỏng không màu có mùi "thơm".
Khối lượng mol : 153,8218 g/mol Bề ngoài : chất lỏng không màu Mùi thơm Khối lượng riêng : 1,5842 g/cm³, chất lỏng 1,831 g/cm³ ở -186 ℃ (rắn) 1,809 g/cm³ ở -80 ℃ (rắn) Điểm nóng chảy : −22,92 °C (250,23 K; −9,26 °F) Điểm sôi : 76,72 °C (349,87 K; 170,10 °F) Độ hòa tan trong nước : 785–800 mg/L ở 25 ℃ Log P : 2,64 Áp suất hơi : 11,94 kPa ở 20 ℃ k H : 365 kJ.mol - 1 ở 24,8 ℃ Cấu trúc tinh thể : Đơn nghiêng Hình dạng phân tử : Tứ diện Nó được tìm thấy trong bầu khí quyển, nước của các con sông, biển và trầm tích của bề mặt biển. Người ta cho rằng carbon tetrachloride có trong tảo đỏ được tổng hợp bởi cùng một sinh vật. 11 Trong khí quyển, nó được tạo ra bởi phản ứng của clo và metan. Carbon tetraclorua được sản xuất công nghiệp vào đại dương, chủ yếu thông qua giao diện không khí biển.
Người ta ước tính rằng dòng chảy trong khí quyển của nó => đại dương là 1,4 x 1010 g / năm, tương đương 30% tổng lượng carbon tetraclorua của khí quyển. Carbon tetraclorua được sản xuất công nghiệp bằng cách clo hóa nhiệt của metan, với metan được phản ứng với khí clo ở nhiệt độ từ 400 ° C đến 430 ° C. Trong quá trình phản ứng, một sản phẩm thô được tạo ra, với sản phẩm phụ là axit clohydric. Nó cũng được sản xuất công nghiệp bằng phương pháp carbon disulfide.
Clo và carbon disulfide được phản ứng ở nhiệt độ 90 ° C đến 100 ° C, sử dụng sắt làm chất xúc tác. Sau đó, sản phẩm thô được phân đoạn, trung hòa và chưng cất. CCl4 đã được sử dụng nhiều, trong số những người khác: dung môi của chất béo, dầu, vecni, v.; giặt khô quần áo; thuốc trừ sâu, trong khử trùng nông nghiệp và diệt nấm và sản xuất nylon. Tuy nhiên, mặc dù tiện ích tuyệt vời của nó, việc sử dụng nó đã bị loại trừ một phần do độc tính cao.
Ở người, nó tạo ra tác dụng độc hại cho da, mắt và đường hô hấp. Nhưng tác dụng có hại nhất của nó xảy ra trong hoạt động của hệ thống thần kinh trung ương, gan và thận. Tổn thương thận có lẽ là nguyên nhân chính gây tử vong do tác dụng độc hại của carbon tetrachloride. Sản xuất hóa chất Nó hoạt động như một tác nhân clo hóa và / hoặc dung môi trong sản xuất clo hữu cơ.
Tương tự như vậy, nó can thiệp như một monome trong sản xuất nylon.Hoạt động như một dung môi trong sản xuất xi măng cao su, xà phòng và thuốc trừ sâu. Nó được sử dụng trong sản xuất chất đẩy nhiên liệu chlorofluorocarbon. 12 Không có liên kết C - H, carbon tetrachloride không trải qua các phản ứng gốc tự do, vì vậy nó là một dung môi hữu ích cho các halogen, bằng halogen hoặc thuốc thử halogen, như N-bromosuccinimide. Sản xuất chất làm lạnh Nó được sử dụng trong sản xuất chlorofluorocarbon, chất làm lạnh R-11 và trichlorofluoromethane, chất làm lạnh R-12.
Các chất làm lạnh này phá hủy tầng ozone, đó là lý do tại sao họ khuyến nghị chấm dứt sử dụng, theo khuyến nghị của Nghị định thư Montreal. Dập tắt lửa Vào đầu thế kỷ 20, carbon tetrachloride bắt đầu được sử dụng làm chất chữa cháy, dựa trên một tập hợp các tính chất của hợp chất: nó dễ bay hơi; hơi của nó nặng hơn không khí; Nó không phải là một chất dẫn điện và nó không dễ cháy. Khi được nung nóng, carbon tetraclorua trở thành một hơi nặng bao phủ các sản phẩm đốt cháy, cô lập chúng khỏi oxy có trong không khí và khiến lửa tàn lụi. Nó phù hợp để chống cháy dầu và các thiết bị.
Tuy nhiên, ở nhiệt độ trên 500 ° C, carbon tetrachloride có thể phản ứng với nước, gây ra phosgene, một hợp chất độc hại, do đó phải chú ý đến thông gió trong quá trình sử dụng. Ngoài ra, nó có thể phản ứng nổ với natri kim loại, tránh sử dụng nó trong các đám cháy với sự hiện diện của kim loại này. Dọn dẹp Carbon tetraclorua đã được sử dụng trong giặt khô quần áo và các vật liệu khác để sử dụng trong nhà. Ngoài ra, nó được sử dụng như một chất tẩy dầu mỡ công nghiệp của kim loại, tuyệt vời để hòa tan dầu mỡ.
13 SƠ ĐỒ HỆ THỒNG CHƯNG LUYỆN 2.3 Sơ đồ dây chuyền công nghệ N í c 6 3 N í c l¹ nh 5 7 H¬i ®èt N í c N í c l¹ nh 4 11 9 11 H¬i ®èt N í c ng ng N í c ng ng 2 1 10 8 Chú thích: 1- Thùng chứa hỗn hợp đầu 2- Bơm 3- Thùng cao vị 4- Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 5- Tháp chưng luyện 6- Thiết bị ngưng tụ hồi lưu 7- Thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh 8- Thùng chứa sản phẩm đỉnh 9- Thiết bị gia nhiệt đáy tháp 10- Thùng chứa sản phẩm đáy 11- Thiết bị tháo nước ngưng 2.4 Thuyết minh dây chuyền sản xuất Nguyên liệu đầu được chứa trong thùng chứa (1) và được bơm (2) bơm lên thùng cao vị (3). Mức chất lỏng cao nhất ở thùng cao vị được khống chế bởi cửa 14 chảy tràn. Hỗn hợp đầu từ thùng cao vị (3) tự chảy xuống thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu (4), quá trình tự chảy này được theo dõi bằng van và đồng hồ đo lưu lượng. Tại thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu (4) (dùng hơi nước bão hoà), hỗn hợp đầu được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi.
Sau khi đạt đến nhiệt độ sôi, hỗn hợp này được đưa vào đĩa tiếp liệu của tháp chưng luyện loại tháp đệm (5). Trong tháp, pha lỏng đi từ trên xuống tiếp xúc với hơi được tạo thành ở thiết bị đun sôi đáy tháp (9) đi từ dưới lên, tại đây xảy ra quá trình bốc hơi và ngưng tụ nhiều lần. Theo chiều cao của tháp, càng lên cao thì nhiệt độ càng thấp nên khi hơi đi qua các tầng đệm từ dưới lên, cấu tử có nhiệt độ sôi cao sẽ ngưng tụ. Quá trình tiếp xúc lỏng – hơi trong tháp diễn ra liên tục làm cho pha hơi ngày càng giàu cấu tử dễ bay hơi, pha lỏng ngày càng giàu cấu tử khó bay hơi.
Cuối cùng trên đỉnh tháp ta sẽ thu được hầu hết là cấu tử dễ bay hơi (Metylic) và một phần rất nhỏ cấu tử khó bay hơi (Nước). Hỗn hợp hơi này được đi vào thiết bị ngưng tụ hồi lưu (6) và tại đây nó được ngưng tụ hoàn toàn (tác nhân là nước lạnh).