MỞ ĐẦU Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, cũng như sự phát triển cao của đời sống xã hội thì nhu cầu sử dụng các loại vật liệu kỹ thuật ngày một cao, đặc biệt khi các nguồn nguyên liệu tự nhiên đang ngày một cạn kiệt. Các loại vật chất tổng hợp hữu cơ có nhiều ưu điểm về cơ,lý, hoá nên ngày càng được được sử dụng rộng rãi trong nhiều nghành công nghiệp khác nhau. Một trong những quá trình quá trình quan trọng trong công nghiệp tổng hợp các hợp chất hữu cơ là quá trình Vinyl hoá. Vinyl hoá là một quá trình quan trọng trong quá trình tổng hợp các chất trung gian nhằm phục vụ cho quá trình tổng hợp ra các hợp chất hữu cơ cuối cùng.
Nhờ quá trình Vinyl hoá, người ta có thể tiến hành tổng hợp được Vinyl Axetat từ Axetylen và axit Axetic trong pha khí với xúc tác axetat kẽm. Đây là một trong những phương pháp đạt được hiệu suất cao. Vinyl Axetat là một monome rất quan trọng trong công nghiệp chất dẻo và sợi tổng hợp. Ngày nay, với nhu cầu ngày càng nhiều về chất dẻo và sợi tổng hợp, công nghiệp sản xuất Vinyl Axetat đang ngày càng phát triển mạnh và trong những năm gần đây cũng xuất hiện thêm rất nhiều công trình nghiên cứu tổng hợp VA nhằm làm cho quá trình sản xuất VA ngày một hoàn thiện hơn.
Trên thế giới, việc sản xuất và sử dụng VA cũng rất khác nhau. ở vùng Bắc Mỹ, VA được sản xuất dựa vào quá trình axit axetic / etylen với công nghệ tầng cố định trong pha hơi và lượng VA tạo thành được dùng chủ yếu để tạo ra polyvinyl axetat, nhưng ở Tây Âu và Châu á thì lại sử dụng quá trình axit axetic / axetylen và lượng VA tạo thành được dùng chủ yếu để tạo ra polyvinyl alcol. Ngày nay nhu cầu về sử dụng Viny Axetat của các ngành công nghiệp trong nước nói riêng, trên thế giới nói chung ngày một tăng. Đặc biệt đất nước ta đang trong công cuôc công nghiệp hoá, hiện đại hoá và có sẵn nguồn nguồn nguyên liệu cho quá trình tổng hợp.
Ngoài nguồn nguyên liệu truyền thống thì ngày nay ngành công nghiệp chế biến khí phát triển mạnh tạo ra nguồn nguyền nguyên liệu giá giẻ 1 và phong phú cho quá trình tổng hợp. Do đó, ở Việt Nam việc thiết kế một nhà máy sản xuất Vinyl Axetat là một vấn đề cần thiết và có ý nghĩa rất quan trọng. 2 PHẦN 1 TỔNG QUAN LÝ THUYẾT A. TÍNH CHẤT CỦA NGUYÊN LIỆU: I.
TÍNH CHẤT CỦA AXETYLEN 1. Tính chất vật lý, hoá lý. Ở điều kiện thường Axetylen là chất khí không mầu , không độc , có mùi thơm dạng như ete ( do đó có thể có tác dụng gây mê ). Một số tính chất vật lý chủ yếu của Axetylen : Nhiệt độ ngưng tụ là – 83,3 o C ( tại áp suất 0,102 Mpa ).
Nhiệt độ phân huỷ tới hạn là +35,5 o C. Nhiệt nóng chảy là 5,585 Kj / mol. Nhiệt hoá hơi là 15,21 Kj / mol. áp suất phân huỷ tới hạn là 6,04 Mpa.
Trọng lượng phân là 26,02 kg / kmol. Tại 00 C và áp suất 101,3 Kpa : Trọng lượng riêng là 1,173 kg / m 3. Nhiệt dung riêng : Cp = 42,7 j. Độ nhớt động học : = 9,43 Pa.
Tốc độ chuyền âm : 341 m/s. Hệ số nén : 0,9909. Entapy : 8,32 Kj / mol. Axetylen có khả năng tạo hỗn hợp nổ với không khí trong giới hạn rộng : từ 20 % đến 80 % thể tích.
Giới hạn áp suất nguy hiểm là 0,2 Mpa. Axetylen còn có khả năng dễ dàng tạo hỗn hợp nổ với với Flo , Clo , … dưới tác dụng của ánh sáng. 3 Do đó để tránh cháy nổ thì người ta thường pha thêm các khí trơ , Hyđrô , amoniac… vào thùng chứa axetylen khi vận chuyển. Axetylen không bị phân hủy dưới điều kiện nhiệt độ thường và áp suất khí quyển.
Khi cháy , axetylen toả ra một lượng nhiệt rất lớn ( 1 m 3 axetylen khi cháy toả ra lượng nhiệt là 13,307 kcal ) , do đó có thể ứng dụng vào việc hàn cắt kim loại. Ở nhiệt độ môi trường và áp suất khí quyển axtylen tinh khiết không bị phân huỷ.Khi áp suất vượt quá áp suất khí quyển thì bắt đầu xảy ra sự phân huỷ,axetylen lỏng có thể xảy ra phân huỷ bởi nhiệt,do va chạm hay dưới tác dụng của xúc tác. Vì vậy axetylen khó có thể hoá lỏng đẻ bảo quản và vận chuyển được.Axetylen rắn ít bị phẩn huỷ hơn so với dạng lỏng ,tuy vậy nó lại là vật liệu không ổn định và khá nguy hiểm. Một tính chất quan trọng nửa cuae axetylen là khả năng hoà tan của nó lớn hơn nhiều so với các hyđrocacbon khác.
Nó hoà tan khá tốt trong dung môi có cực: ở 200C một thể tích nước hoà tan một thể tích axetylen, độ hoà tan giảm khi nhiệt độ tăng.Axetylen hoà tan tốt trong nhiều dung môi hữu cơ và dung môi vô cơ khác,ở 200C một thể tích axeton hoà tan 24 thể tích axetylen .Tính chất hoà tan tốt của axetylen trong các quá trình điều chế và tách nó ra khỏi hỗn hợp khí và lạm sạch một cách dễ dàng cũng như ứng dụng nó dẻ vận chuyển, chứa đựng,bảo quản. Axetylen có thể làm giầu từ các hỗn hựp của các hydrocacbon C 2 bằng chưng cất nhiệt độ thấp. Để tránh sự phân huỷ thì nồng độ dòng hơi không được vượt quá 42%.Khi áp suất lớn hơn 0.5Mpa và ở 0 0C axetylen và nước tạo hyđrat ở dạng C2H2.Nếu có mặt axeton thì hyđrat có dạng [C 2H 2]. Axetylen bị hấp thụ trên than hoạt tính, silic oxit và zeolit.Các chất hấp phụ này được sử dụng để tách axetylen từ hỗn hợp khí .Axetylen cũng bị hấp phụ trên bề mặt kim loại và thuỷ tinh, dung dịch keo của paladi có thể hấp phụ tới 460 mg C2H2 /1gPd.
Tính chất hoá học Axetylen là một hydrocacbon không no có công thức phân tử là C 2H2, công thức cấu tạo là CH CH , liên kết ba trong đó là sự xen phủ của hai liên kết có khả năng hoạt động rất lớn ( thể hiện rõ tính không no ) và một sp . Độ dài liên kết C C là 1,20 , và của CH là 1,06 . Với cấu tạo này thì C2H2 có phản ứng đăc trưng là cộng hợp : cộng hợp với H2 , các halogen H2O …. Phản ứng cộng hợp Với H2 Xúc tác,P =1at Xúc tác CH CH + HO2 CH2 = CH2 CH3 CH3 t =250300OC + H2 Xúc tác dùng ở đây là Pt hoặc Pd Ni , tO CH CH + 2H2 CH3 CH3 Với các Halogen : Cl2 , F2 , Br2 + h + Br2 CH CH + Br2 H C=C Br CHBr2 CHBr2 Br H Khi cộng hợp với Cl2 trong pha khí , phản ứng xảy ra mãnh liệt và dễ gây ra nổ , do đó phải tiến hành trong pha lỏng với xúc tác là SbCl3 ( antimontriclorua) SbCl3 + Cl2 SbCl5 CH CH + 2 SbCl5 CHCl2 = CHCl2 + SbCl3 Với các axit vô cơ và axit hữu cơ tạo thành nhiều vinyl có giá trị * ) CH CH + HCl CH2 = CHCl Phản ứng trên xảy ra trong pha hơi ở t o = 150 180OC với xúc tác là HgCl2 / than hoạt tính *) Cộng với H2SO4 tạo thành vinylsunfo CH CH + H2SO4 CH2 = CH OSO3H *) Cộng với HCN tạo thành acrylonitril Xúc tác , 80OC CH CH + HCN CH2 = CH CN 5 Xúc tác là CuCl2 và NH4Cl *) Cộng với axit axetic tạo thành vinylaxetat Xúc tác , tO CH CH + CH3COOH CH2 = CH OCOCH3 Xúc tác và nhiệt độ ở đây tuỳ thuộc vào phản ứng được tiến hành trong pha lỏng hoặc pha hơi.
Phản ứng này sẽ được nói kỹ hơn ở phần sau. Với H2O Xúc tác CH CH + H 2O CH3 CHO O t =75 100 C O Xúc tác ở đây là Hg2 trong H2SO4 Khi có oxit kẽm và oxit sắt ở nhiệt độ 360 – 450 0C Axetylen tác dụng với nước tạo thành Axeton: 2CHCH + 3H2Ohơi CH 3 – CO – CH3 + CO2 + 2H2.Phản ứng trùng hợp: Phản ứng Dime hoá trong môi trường HCl tạo thành vinylaxetylen Xúc tác,80O C 2 CH CH CH2 = CH C CH Xúc tác là Cu2Cl2 trong dung môi NH4Cl Phản ứng Trime hoá 600O C 3CH CH C6H6 C c. Tính axit Do trong liên kết C H , độ âm điện của Cacbon lớn hơn Hydro nên điện tử bị hút về phía Cacbon , do đó nguyên tử Hydro dễ dàng tách ra và làm cho axetylen có tính axit Tác dụng với Natri kim loại NH3 loãng CH CH + 2Na NaC CNa + H2 Tạo muối axetylenit với kim loại CH CH + 2Me MeC CMe + H 2. Điều chế Axetylen.
6 Điều chế từ cacbua canxi. Cacbua canxi thu được từ oxit canxi và cốc trong lò hồ quang điện, phản ứng xảy ra mảnh liệt và đòi hỏi nguồn năng lượng điện dự trữ lớn.Đây là yếu tố quyết định giá thành của axetylen sản xuất được. Khi thuỷ phân cacbua canxi bằng nước ta thu được axetylen (phản ứng toả nhiều nhiệt). hô quang điện CaO + 3C CaC2 + CO.
Từ một kg cacbua canxi kỹ thuật có chứa tạp chất cốc, oxit canxi và những chất khác có thể thu được 230 280 lít khí axetylen .Theo lý thuyết từ 1 kg cacbua canxi sạch thu được 380 lít C2H2. Chế biến axetylen từ hydrocacbon: Ta có thể thu axetylen từ Metan và những parafin khác bằng cách nhiệt phân ở nhiệt độ cao theo phản ứng thuận nghịch sau: 2CH4 C2H2 + 3H2. Đây là phản ứng thu nhiệt, cân bằng của chúng chỉ dịch chuyển về bên phải khi nhiệt độ khoảng : 1000 1300 0C trong thực tế để tăng vận tốc phản ứng cần nhiệt độ lớn hơn 15000C đối với CH4 và 12000C đối với các hydrocacbon lỏng. Trong sản phẩm khí thu được ngoài axetylen còn có lẫn nhữnh parafin, olefin thấp phân tử ,benzen, metyl axetylen cũng như vinyl axetylen , diaxetylen.
TÍNH CHẤT CỦA AXIT AXETIC 1. Tính chất vật lý Axit axetic là một chất lỏng không màu, có mùi chua của giấm , có vị chua , có tác dụng phá huỷ da gây bỏng. Axit Axetic dễ hoà tan trong nước, rượu , axeton và các dung môi khác theo bất cứ tỉ lệ nào. Axit Axetic tan tốt trong xenluloza và các nitroxenluloza.
