Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Hóa Học: Nghiên Cứu Công Nghệ Tổng Hợp Kali Picrat Quy Mô 500g

• Tác giả: Trương Đình Đạo
• Người hướng dẫn: Lê Thị Kim Phụng
• Trường học: Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học
• Đề tài: Nghiên cứu công nghệ tổng hợp Kali Picrat quy mô 500 g/mẻ
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KALIPICRAT
• 1.1. Cấu tạo, tính chất của Kali Picrat và axit picric
• 1.1.1. Kali picrat
• 1.1.1.1. Cấu tạo PK có công thức phân tử là C6H2N3O7K, công thức cấu tạo có dạng: C6H2(NO2)3OK
• 1.1.1.2. Tên gọi theo danh pháp quốc tế là kali 2,4,6 trinitrophenolat, còn tên thường gọi là PK
• 1.1.1.3. Thuốc nổ PK lần đầu tiên được điều chế ở dạng không tinh khiết bởi JR Glauber khoảng giữa thế kỷ 17
• 1.1.2. Tính chất vật lý
• 1.1.3. Tính chất hóa học
• 1.1.4. Tính chất nổ cháy
• 1.2. Các phương pháp điều chế kalipicrat
• 1.2.1. Tổng hợp axit picric
• 1.2.2. Tổng hợp Kali picrat
• 1.2.3. Ứng dụng của Kali Picrat
• 2. CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng nghiên cứu
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2.3. Phương pháp tổng hợp Kali Picrat
• 2.4. Dụng cụ và hóa chất thí nghiệm
• 2.5. Phương pháp xác định nhiệt độ bùng cháy
• 2.6. Phương pháp xác định hàm ẩm và chất bay hơi
• 2.7. Phương pháp xác định hàm lượng Kali
• 2.8. Phương pháp xác định kích thước hạt
• 2.9. Phương pháp xác định nhiệt độ nóng chảy
• 2.10. Phương pháp xác định các liên kết phân tử bằng phổ hồng ngoại
• 2.11. Phương pháp xác định phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR)
• 2.12. Phương pháp xác định mật độ rắc
• 2.13. Phương pháp xác định nhiệt lượng cháy
• 2.14. Phương pháp xác định thể tích khí sinh ra sau khi cháy
• 2.15. Phương pháp tính hiệu suất thu sản phẩm
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Xây dựng điều kiện kỹ thuật sản phẩm kali picrat
• 3.2. Lựa chọn hệ thiết bị
• 3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến hiệu suất thu sản phẩm trung gian axit picric
• 3.4. Phương án tổng hợp axit picric
• 3.5. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ nitro hóa đến hiệu suất tổng hợp axit picric
• 3.6. Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ axit nitric đến hiệu suất tổng hợp axit picric
• 3.7. Nghiên cứu ảnh hưởng của modul axit đến hiệu suất tổng hợp axit picric
• 3.8. Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian nitroa hóa đến hiệu suất tổng hợp axit picric
• 3.9. Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến hiệu suất thu sản phẩm kali picrat
• 3.10. Xây dựng phương án tổng hợp kali picrat
• 3.11. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng trung hòa đến hiệu suất thu kali picrat
• 3.12. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ làm lạnh đến hiệu suất thu sản phẩm kali picrat
• 3.13. Xây dựng quy trình tổng hợp thuốc nổ Kali picrat
• 3.14. Quy trình công nghệ tổng hợp axit picric
• 3.15. Quy trình công nghệ tổng hợp kali picrat
• 3.16. Tổng hợp thuốc nổ Kali picrat
• 3.17. Tổng hợp axit picric
• 3.18. Tổng hợp kali picrat
• 3.19. Chế tạo PK-5 và đánh giá chất lượng sản phẩm
• 3.19.1. Chế tạo PK-5
• 3.19.2. Thử nghiệm đo đạc các chỉ tiêu kỹ thuật sản phẩm PK-5
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Công nghệ tổng hợp kali picrat

Luận văn tập trung nghiên cứu công nghệ tổng hợp kali picrat ở quy mô 500g/mẻ, nhằm đáp ứng nhu cầu sản xuất trong ngành công nghiệp quốc phòng. Kali picrat là một hợp chất quan trọng trong các phương tiện cháy có điều khiển thời gian, đặc biệt là trong sản xuất PK-5. Nghiên cứu này xác định các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp, bao gồm nhiệt độ, thời gian, và nồng độ axit nitric. Kết quả cho thấy, sử dụng axit nitric 80% với tỷ lệ modul bằng 5 lần số mol phenol ở nhiệt độ 95-100°C trong 180 phút là điều kiện tối ưu để tổng hợp axit picric, tiền chất của kali picrat.

1.1. Phương pháp tổng hợp hóa học

Quá trình tổng hợp kali picrat bắt đầu từ việc nitro hóa phenol để tạo ra axit picric, sau đó trung hòa với kali cacbonat. Phương pháp này đòi hỏi kiểm soát chặt chẽ các thông số như nhiệt độ nitro hóa (95-100°C) và thời gian phản ứng (180 phút). Tổng hợp hóa học ở quy mô 500g/mẻ đã được thực hiện thành công với hiệu suất 56%, đáp ứng yêu cầu chất lượng cho sản xuất.

1.2. Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ

Các yếu tố như nhiệt độ, nồng độ axit nitric, và thời gian phản ứng có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất tổng hợp. Nghiên cứu chỉ ra rằng, nhiệt độ nitro hóa cao hơn 100°C làm giảm hiệu suất do tạo ra sản phẩm phụ. Nồng độ axit nitric 80% và tỷ lệ modul 5:1 là tối ưu để đạt hiệu suất cao nhất.

II. Ứng dụng của kali picrat trong kỹ thuật hóa học

Kali picrat được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng hóa học ứng dụng, đặc biệt là trong công nghiệp quốc phòng. Nó là thành phần chính của PK-5, một loại chất cháy chậm được sử dụng trong các cơ cấu mở bảo hiểm của nhiều thiết bị quân sự. Nghiên cứu này không chỉ cung cấp quy trình tổng hợp hiệu quả mà còn mở ra khả năng ứng dụng rộng rãi hơn trong các lĩnh vực khác như pháo hoa và chất nổ công nghiệp.

2.1. Ứng dụng trong công nghiệp quốc phòng

Kali picrat là thành phần không thể thiếu trong PK-5, chiếm 92% khối lượng. PK-5 được sử dụng trong các thiết bị cháy có điều khiển thời gian, đảm bảo độ chính xác và an toàn trong các hoạt động quân sự. Nghiên cứu này giúp chủ động nguồn cung cấp kali picrat trong nước, giảm phụ thuộc vào nhập khẩu.

2.2. Tiềm năng ứng dụng trong các lĩnh vực khác

Ngoài công nghiệp quốc phòng, kali picrat có tiềm năng ứng dụng trong sản xuất pháo hoa và chất nổ công nghiệp. Tính chất nổ cháy của nó phù hợp để tạo ra âm thanh và ánh sáng trong các sự kiện giải trí. Nghiên cứu này mở ra hướng phát triển mới cho các ứng dụng thương mại của kali picrat.

III. Đánh giá giá trị và ứng dụng thực tiễn

Luận văn đã chứng minh tính khả thi của việc tổng hợp kali picrat ở quy mô 500g/mẻ, đáp ứng nhu cầu sản xuất trong nước. Kết quả nghiên cứu không chỉ có giá trị khoa học mà còn mang lại lợi ích thực tiễn lớn, đặc biệt trong việc chủ động nguồn nguyên liệu cho ngành công nghiệp quốc phòng. Nghiên cứu hóa học này cũng góp phần phát triển công nghệ sản xuất trong nước, giảm chi phí và tăng tính tự chủ.

3.1. Giá trị khoa học

Nghiên cứu đã xây dựng thành công quy trình tổng hợp kali picrat ở quy mô lớn, đóng góp vào lĩnh vực kỹ thuật hóa học. Các kết quả thực nghiệm và phân tích chi tiết cung cấp cơ sở dữ liệu quan trọng cho các nghiên cứu tiếp theo.

3.2. Ứng dụng thực tiễn

Việc tổng hợp kali picrat ở quy mô 500g/mẻ giúp đáp ứng nhu cầu sản xuất PK-5 trong nước, giảm phụ thuộc vào nhập khẩu. Nghiên cứu này cũng mở ra cơ hội ứng dụng kali picrat trong các lĩnh vực khác như pháo hoa và chất nổ công nghiệp.