zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Luận Văn - Báo Cáo

» Báo cáo khoa học

Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế phân xưởng sản xuất Axetylen

Chia sẻ: Nguyễn Thành Chung | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:75

Báo xấu

112
lượt xem 15
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế phân xưởng sản xuất Axetylen tập trung trình bày các vấn đề cơ bản về tính chất của nguyên liệu và sản phẩm; các phương pháp sản xuất vinyl clorua;... Hy vọng tài liệu là nguồn thông tin hữu ích cho quá trình học tập và nghiên cứu của các bạn.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế phân xưởng sản xuất Axetylen

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Phần I: Tổng quan lý thuyết Chương I Tính chất của nguyên liệu và sản phẩm A. Tính chất của nguyên liệu. I. Một số tính chất chung của Axetylen. Ta thấy ở điều kiện thường Axetylen là một chất khí không màu, không độc ở dạng tinh khiết, nó có mùi ete yếu và có khả năng gây mê, Axetylen ở dạng nguyên chất có vị hơi ngọt. 1. Một số tính chất của Axetylen: Trọng lượng riêng: (00C, P = 760mmHg) d= 1,17Kg/m3. Trọng lượng phân tử: M =26,02kg/Kmol Nhiệt dung riêng phân tử: Chi phí = 0,402 KJ/kg Nhiệt độ ngưng tụ: 38,80C Nhiệt độ tới hạn: 35,50C áp suất tới hạn: 6,04MaP Nhiệt độ thăng hoa: 21,59KJ/mol Nhiệt hoá hơi: 15,21 KJ/mol Tỉ trọng: 0,686. Ngoài ra Axetylen còn tan mạnh trong các dung môi hữu cơ, Axetylen cũng có thể tan trong nước. Độ chọn lọc của Axetylen trong các dung môi khác nhau, do đó rất quan trọng trong quá trình tinh chế cũng như trong quá trình bảo quản Axetylen. Khí cháy Axetylen toả ra một lượng nhiệt rất lớn và khả năng sinh nhiệt của Axetylen là 13,307 KCal/m3, giới hạn nổ của Axetylen xảy ra trong cùng một điều kiện nhiệt độ và áp suất nhất định ở SV: Nguyễn Hữu Tuấn Hoá Dầu K8 1 Thiết kế phân xưởng sản xuất VC
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp nhiệt độ 00C và 1 at axetylen tạo với không khí hỗn hợp nổ trong giới hạn từ 23% 81% thể tích và giới hạn nổ với oxy là 2,8% thể tích, độ nguy hiểm về nổ của Axetylen càng tăng do sự phân rã của nó thành những chất đơn giản. C2H2 2C + H2 Đây là phản ứng phân huỷ của để tạo thành C và H 2 sự phân rã này xảy ra không có oxy nhưng có những chất kích hoạt tương ứng (tia lửa, do ma sát, đốt cháy…). Có thể nói Axetylen rất dễ dàng tạo hỗn hợp nổ với Clo và Plo và nhất là khi đưới tác dụng của ánh sáng. Do vậy để giảm bớt khả năng nổ của Axetylen, khi vận chuyển người ta pha thêm một lượng khí trơ hydrô, amôniac vào. Bên cạnh đó Axetylen còn có một tính năng quan trọng khác là khả năng hoà tan tốt trong nhiều chất lỏng hữu cơ và vô cơ xét về độ hoà tan thì độ hoà tan của Axetylen là tương đối cao trong các dung môi có cực. Trong một thể tích nước có thể hoà tan 0,37 thể tích Axetylen. Nhưng độ hoà tan của Axetylen có thể giảm trong dung dịch muối ăn và Ca(OH)2. Do vậy chúng ta có thể kết luận rằng nồng độ hoà tan của Axetylen rất có ý nghĩa trong việc điều chế và tách ra khỏi hỗn hợp khí. 2. Tính chất hoá học. Axetylen là một hydrô các bua không no, nó có liên kết ba trong phân tử do đó có khả năng hoạt động hoá học cao. Liên kết ba phân tử Axetylen được tạo thành do liên kết và liên kết khi tham gia phản ứng hoá học. Các liên kết ba trong phân tử sẽ bị phá vỡ và tạo thành liên kết đôi hoặc các hợp chất bão hoà, khi đó Axetylen có khả năng tham gia vào các phản ứng như: phản ứng thế, phản ứng trùng hợp, kết hợp. Vì vậy từ Axêtylen ta có SV: Nguyễn Hữu Tuấn Hoá Dầu K8 2 Thiết kế phân xưởng sản xuất VC
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp thể thấy rằng Axetylen có thể tổng hợp được các sản phẩm khác nhau và có thể ứng dụng vào nhiều lĩnh vực trong công nghiệp và đời sống. a. Phản ứng thế. Nguyên tử H của Axetylen do thể hiện tính Axit nên nó có khả năng tham gia các phản ứng thế với các kim loại kiềm như: Cu, Ag, Ni, Hg, Co, Zn… tạo thành Axetylenit kim loại rất dễ nổ: 2Me + C2H2 Me2C2 + H2 (Me: Kim loại kiềm). + Na HC CH NaC CNa + H2. +2Cu HC CH Cu C C Cu +H2. Khi Axetylen tác dụng với Axit của kim loại kiềm và kiềm thổ trong Amôniac lỏng. HC CH + MeNH3 MeC CH + NH3. b. Phản ứng cộng hợp. Phản ứng cộng với Hydrô được tiến hành trên xúc tác Pd ở áp suất 1at và 250 3000C. HC CH + H2 Pd CH2 =CH2, H = 41,7 KCal/md. Phản ứng cộng H2 với xúc tác Ni và nhiệt độ. + Ni HC CH + H2 f0 CH3 CH3. Phản ứng cộng với nước khi đó xúc tác HgSO 4 ở 75 1000C tạo Axetaldehyt. Ag2 + HC CH+H2O CH3 CHO, H = 38,8 KCal/mol Khi Có Oxit kẽm và oxit sắt ở 3600C 4800C Axetylen tác dụng với hơi nước để tạo thành Axeton. 2HC CH + H2O ZnO CH3 CHO + CO2 + 2H2. SV: Nguyễn Hữu Tuấn Hoá Dầu K8 3 Thiết kế phân xưởng sản xuất VC
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Trong đó Axetylen còn có thể tác dụng được với rượu ở điều kiện nhiệt độ 1600 1800C và áp suất p = 4 20at có xúc tác của KOH để tạo thành Vinylete. CH = CH + ROH KOH CH2 = CHO R Axetylen tác dụng được với H2S ở điều kiện nhiệt độ 1200C. HC CH + H2S CH2 = CH - SH C2H5OH Vinyl mercaptan Etylen mercaptan + c 2h 2 h 5c 2 s c h = c h 2 h 2c ch2 + c 2h 5sh S h 5c 2 s(c 2h 2)2 c 2h 5 Etylen dietyle Sulfit Khi Axetylen tác dụng với mercaptan có xúc tác KOH tạo ra Vinylclo ete: HC CH + RSH CH2 = CH SR Khi Axetylen tác dụng với CO và H2 (Cacbonyl hoá) với xúc tác là Ni(CO)4 tạo ra axit acrylic. HC CH + CO + H2O CH2 = CH COOH Cộng với muối halogen tạo hợp chất có đồng phân Cis, trans H H HC c h + h gc l 2 C=C Cl HCl Cis H HgCl C= C Cl H Trans Cộng với Hglogen SV: Nguyễn Hữu Tuấn Hoá Dầu K8 4 Thiết kế phân xưởng sản xuất VC
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp + Br2 HC CH + Br2 CHBr = CHBr CHBr2 CHBr2 Ta thấy khi cộng với Cl2 trong pha khí thì phản ứng xảy ra mảnh liệt hơn và dễ gây nổ, do đó phải tiến hành trong pha lỏng và có xúc tác antimoin triclorua. SbCl3 + Cl2 SbCl5 CH CH + 2SbCl5 CHCl2 = CHCl2 +2SbCl3 Ngoài ra Axetylen còn phản ứng cộng với nhiều axit vô cơ và hữu cơ để tạo thành các vinyl có giá trị trong công nghiệp. Phản ứng cộng với HCl, phản ứng trong pha hơi ở 150 0 1800C lò xúc tác HgCl2 than hoạt tính, còn trong pha lỏng dùng xúc tác CuCl 2 để thu được VC. HC CH + HCl CH2 = CH Cl Phản ứng cộng với H2SO4 để tạo thành Vinyl sunfua. HC CH + H2SO4 CH2 = CH O SO3H ở nhiệt độ 800C có CuCl2 và NH4Cl làm xúc tác Axetylen tác dụng với HCN tạo thành ảcy lonitril: HC CH + HCN CH2 =CHCN Tác dụng với Axit Axetic ở 180 2000C ở pha hơi có xúc tác là Axetat Zn trên than hoạt tính hoặc Cd trên than hoạt tính hoặc Hg trên than hoạt tính tạo ra Vinyl Axetat. Axetylen tác dụng với rượu. CH CH + C2H5OH CH = CHOCOCH3 o ch = ch 2 OH+ Axetylen tác dụng với Axit Amin. SV: Nguyễn Hữu Tuấn Hoá Dầu K8 5 Thiết kế phân xưởng sản xuất VC
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp HC CH + RCO NH2 RCO NH CH = CH2 c. Phản ứng trùng hợp của Axetylen. Phản ứng polime hoá trong môi trường HCl tạo thành Vinyl axetylen Xt,800 C 2HC CH H2C = CH C CH ở nhiệt độ 6000C trên than hoạt tính Axetylen trùng hợp tạo thành Benzen. 3HC CH C6H6 3. Các phương pháp điều chế Axetylen. Trong công nghiệp Axetylen chủ yếu được sản xuất từ hai nguồn nguyên liệu chính là cácbua canxi và hyđrô cácbon (ở dạng rắn, lỏng và khí). Hiện nay ở Mỹ và các nước Châu Âu khác sản xuất Axetylen từ hydrô cácbon, còn ở Italia, Nhật Bản, Nam Phi, ấn Độ sản xuất Axetylen từ cacbua canxi so với nhiều nước trên thế giới ở Việt Nam chúng ta do điều kiện thuận lợi sẵn có cả cácbua canxi và hydro cacbon nên rất dễ dàng cho việc sản xuất Axetylen từ hai nguồn nguyên liệu trên. a. Sản xuất Axetylen từ cacbuacanxi. Phản ứng chính của quá trình: CaO + 3C 6000 C CaC2 + CO Nhìn chung chỉ có khoảng 70 80% Canxi cacbua tham gia phản ứng vì vậy trong sản phẩm luôn chứa từ 12 15% CaO. Tác dụng với nước và Cacbua Canxi để tạo ra Axetylen và vôi tốt: CaC2 + H2O C2H2 + CaO Ta thấy nhiệt toả ra khi phân huỷ cacbua Canxi kỹ là tổng nhiệt của phản ứng tác dụng của cacbua canxi với nước và tác dụng vôi với nước. CaO + H2O Ca(OH)2 SV: Nguyễn Hữu Tuấn Hoá Dầu K8 6 Thiết kế phân xưởng sản xuất VC
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Khi sử dụng cácbon trong quá trình này có thể là cốc hoặc nguyên liệu sử dụng thường có lẫn các tạp chất như MgO, hợp chất S, P, Al, Fe… do dó sẽ xảy ra các phản ứng phụ. MgO +3C MgC2 + CO Ca3(PO4)2 + 8C Ca3P2 + 8CO Do trong phản ứng có lẫn nhiều tạp chất mà bản thân các tạp chất này khó tách ra khỏi hỗn hợp phản ứng, do đó nếu muốn tách ra thì chúng ta chỉ có thể tách một phần do việc loại xỉ. Chính vì vậy mà Axetylen tạo thành luôn có lẫn một lượng hợp chất như: PH 3, NH3, SiH2, CH4, H2, CO2 và CO… Do đó Axetylen tạo ra luôn phải qua giai đoạn làm sạch. Có thể dùng andehyt eromic trên đất nung hoặc dùng nước Javen để làm sạch. Sau đó Axetylen thành phẩm được rửa bằng kiểm để trung hoà Axit và sấy khô bằng H2SO4 hoặc CaCl2. Từ CH4: 400 6000 C 2CH4 Ni C2H2 + 3H2 Oxi hoá metan: 4CH4 + O2 15000 C 2C2H2 + 2CO2 + 4H2 Ta thấy Axetylen sản xuất theo phương pháp Canxi Cacbua thì chi phí năng lượng điện tiêu tốn lớn, vốn đầu tư cao nên ngày nay Axetylen chủ yếu được sản xuất theo phương pháp nhiệt phân hydrô các bon và quá trình sản xuất theo phương pháp nhiệt phân hydrô cácbon. Và quá trình xảy ra một giai đoạn cho phép tổng hợp Axetylen khi sản xuất ra lại sạch hơn. b. Sản xuất Axetylen từ Hyđrô cacbon. Nhìn chung trước chiến tranh thế giới thứ hai để sản xuất Axetylen người ta chủ yếu dùng nguyên liệu là CaC2. Nhưng trong thời gian gần đây tính từ những năm 50 trở đi thì Axetylen chủ yếu được sản xuất từ hydrô cacbon. Với mục đích nhằm xác định các điều kiện biến đổi của hydrô SV: Nguyễn Hữu Tuấn Hoá Dầu K8 7 Thiết kế phân xưởng sản xuất VC
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp cácbon parafin thành Axetylen… và cũng trong thời gian này nhờ sự phát triển của Cracking nhiệt và nhiệt phân hydro cacbon để sản xuất olêfin do đó các nhà nghiên cứu đã tích luỹ được kinh nghiệm cả về lý thuyết lẫn thực tế để cho phép phát triển và thiết kế các thiết bị sản xuất Axetylen: trong công nghệ này hydro cacbon bị nhiệt phân ở nhiệt độ cao (tới 1100 15000C) trong điều kiện đoạn nhiệt độ và thời gian phản ứng rất ngắn (từ 0,005 0,02 giây). Sau đó sản phẩm được nhanh chóng làm lạnh để hạ nhiệt độ xuống nhằm hạn chế các phản ứng phân huỷ Axetylen. Quá trình phân huỷ hydro cácbon thành Axetylen bao gồm các phản ứng thuận nghịch sau, với nguyên liệu là hydrô cacbon nhẹ như CH4 và C2H6. 2CH4 ﾃ C2H2 + 3H2; H0298 = 87,97 KCal/mol C2H6 ﾃ C2H2 + 2H2; H0298 = 71,7 KCal/mol Các phản ứng này đều là phản ứng thu nhiệt và điển hình là phản ứng tăng thể tích, cân bằng của chúng chỉ dịch chuyển về phải khi nhiệt độ khoảng 100 3000C (hình 1). Hình 1: Đường cong độ chuyển hoá cân bằng của metan và etan thành Axetylen ở 0,1 Mpa SV: Nguyễn Hữu Tuấn Hoá Dầu K8 8 Thiết kế phân xưởng sản xuất VC
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Tuy nhiên trong thực tế với mục đích tăng vận tốc phản ứng thì cần một nhiệt độ lớn hơn từ 1500 16000C đối với CH4 và 12000C đối với Hydrô cacbon lỏng, khi nhiệt phân parafin, phản ứng tạo thành Axetylen có cơ chế chuỗi gốc trong chuỗi chuyển hoá CH4 và C2H6 có thể được trình bày sau: - 2H -2H 2 c h 2*CH 2c h 4 2c h 3 2 h2 h2 ch3 ch3 ch2= ch2 CH CH Nhìn chung trong các khí thu được ngoài những parafin vào olêfin phân tử thấp còn một lượng nhỏ benzen nhóm Axetylen metylaxetylen (CH3 C CH3)… Tuy chế biến Axetylen bằng phương pháp này là khá phức tạp do xảy ra nhiều phản ứng phụ mà chủ yếu là phân huỷ C2H2 thành C và H2, phản ứng này mãnh liệt nhất ở 10000C và đạt tốc độ lớn ở 1200 16000C nghĩa là khi đạt nhiệt độ yêu cầu để có được C2H2, kết quả quan sát những hệ phản ứng liên tiếp, trong Axetylen tạo thành bị phân huỷ thành H2 và C (muội than). 2CH 4 3H 2 C2 H 2 2C +H 2 Ngoài ra trong quá trình còn xảy ra những phản ứng không mong muốn cũng tạo muội như phản ứng. CH4 C + 2H2 2C2 H 4 2H 2 C2 H 4 2C + 2H 2 C2H6 2C + 3H2 Cũng như nhiều trường hợp khác, việc điều chỉnh hiệu suất sản phẩm trung gian có thể đạt được nhờ sự giảm mức độ chuyển hoá hydro SV: Nguyễn Hữu Tuấn Hoá Dầu K8 9 Thiết kế phân xưởng sản xuất VC
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp cacbon ban đầu bằng cách giảm thời gian phản ứng. Do hiệu suất Axetylen cao nhất khi sự cố hoá xảy ra với mức độ chuyển hoá hyđrô cacbon ban đầu là 1500C và thời gian lưu trong vùng phản ứng là 0,01 giây và để tránh sự phân rã tiếp theo của C2H2 cần phải tôi thật nhanh khi phản ứng (phun nước). Khi đó nhiệt độ giảm nhanh đến giá trị mà sự phân rã C2H2 không xảy ra. Cơ chế của quá trình Quá trình nhiệt phân hyđrô cacbon khí hay phân đoạn đầu chúng ta hiểu phần nào cơ cấu biến đổi nhiệt của Hyđrô cacbon khác nhau trong nguyên liệu nhưng chỉ điều kiện nhiệt độ cao vừa phải (từ 700 8000C). Trong khi đó phản ứng tạo thành C2H2 lại tiến hành ở nhiệt độ cao (trên 10000C) và cơ cấu cũng chưa nghiên cứu cụ thể, vì chưa có một lý thuyết thống nhất tạo thành C2H2. Khi phân huỷ nhiệt hyđrô cacbon trong khoảng 1100 15000C. Tuy nhiên những nghiên cứu đã cho thấy giả thuyết đi đến sự thay đổi cơ cấu Cracking khi chuyển hoá ở nhiệt độ cao là làm chậm đi các phản ứng phát triển mạnh theo cơ cấu gốc tự do và làm tăng tốc độ của quá trình phân huỷ khỉư cấu trúc phân tử. Các phản ứng bậc hai tạo thành các sản phẩm ngưng tụ và tạo cốc xảy ra trong khoảng 900 10000C. Song ở nhiệt độ cao chúng ta lại thấy phản ứng phân huỷ tạo thành Hyđrô, muội cácbon và Axetylen. Chẳng hạn khi nghiên cứu sự phân huỷ của Metan trên đây thì cácbon đốt nóng đến 1500 17000C (từ đây các sản phẩm tạo ra nhanh chóng được tách ra khỏi môi trường phản ứng) ta thấy rằng sản phẩm bậc một của sự biến đổi là etan điều đó phù hợp với cơ cấu được giải thích bởi cơ cấu Kasale như sau: Từ: CH4 [CH2] + H2 [CH2] + CH4 C2H6 SV: Nguyễn Hữu Tuấn Hoá Dầu K8 10 Thiết kế phân xưởng sản xuất VC
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp C2H6 C2H4 + H2 C2H4 C2H2 + H2 C2H2 2C + H2 Từ đây chúng ta có thể khẳng định được rằng với tiềm năng dầu khí của nước ta mà thành phần chính của khí khi khai thác được hầu hết là parafin nên hiệu suất chuyển hoá cao. Vì vậy việc khai thác và xây dựng các nhà máy nhằm phát triển sản xuất Axetylen từ khí thiên nhiên và khí đồng hành là rất tốt. c. So sánh hai phương pháp sản xuất Axetylen. Nhìn chung hai quá trình sản xuất Axetylen từ hyđro cacbon và cacbuacanxi là rất phù hợp. Song chúng vẫn có những ưu và nhược điểm. Đối với quá trình sản xuất Axetylen đi từ hyđro cacbua là quá trình xảy ra theo một hướng, do đó cần vốn đầu tư và năng lượng ít hơn , bên cạnh đó lại có nguồn nguyên liệu là khá rồi dào. Tuy vậy nó vẫn có một số nhược điểm là: sản xuất Axetylen đi từt hyđro cacbon thì sản phẩm Axetylen thu được là loãng và cần phải có một hệ thống tách và làm lạnh phức tạp. Còn đối với quá trình sản xuất Axetylen đi từ Canxicacbua cũng có một số ưu điểm là có nguồn nguyên liệu dồi dào do nước ta có điều kiện thuận lợi về than đá và đá vôi, sản phẩm là Axetylen thu được đậm đặc có độ sạch cao (99,9%) do đó có thể dùng bất cứ cho quá trình tổng hợp nào. Tuy vậy nó vẫn còn có một số nhược điểm là: Chi phí năng lượng lớn (cho việc thu được C0C2) và vốn đầu tư cho sản xuất lớn việc vận chuyển nguyên liệu khó khăn và điều kiện làm việc nặng nhọc. II. Tính chất của etylen. 1. Tính chất lý học Etylen là một chất khí không màu ở điều kiện thường có: SV: Nguyễn Hữu Tuấn Hoá Dầu K8 11 Thiết kế phân xưởng sản xuất VC
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp  Nhiệt độ sôi là : 103,80C  Nhiệt độ nóng chảy : 169,20C  Tỷ trọng nhiệt độ sôi : 0,5700C  Nhiệt độ tới hạn : 136,10C  áp suất tới hạn : 4,95 Mpa. Thống kê các số liệu trên ta thấy etylen chỉ có thể hoá lỏng ở nhiệt độ thấp, áp suất cao và làm lạnh ở bằng NH3 sôi. Giới hạn nồng độ hỗn hợp nổ với không khí là 30/32% thể tích. Bên cạnh đó etylen có một số tính chất khác nữa là: etylen dễ hoà tan trong dung môi có cực (axeton, fufurol…) ở nhiệt độ 00C thì cứ 4 thể tích nước hoà tan trong một thể tích etylen. Etylen bền khi nhiệt độ dưới 3500C, ở trên nhiệt độ này thì nó bắt đầu phân huỷ. 2. Tính chất hoá học. Etylen là một hyđrô các bon không no có chứa một liên kết đôi C = C trong phân tử, trong liên kết đôi có một liên kết do sự xen phủ trục của hai electron lai tạo và một liên kết , do sự xen phủ bềncủa hai electron p, tất cả các nguyên tử nối với hai nguyên tử cácbon đều nằm trên một mặt phẳng với hai cacbon đó và gốc hoá trị ở mỗi cácbon mang nối đôi bằng 1200. Hai trục của electron p song song nhau tạo thành mặt phẳng thẳng góc với mặt phẳng. Thực chất liên kết tạo thành là do obitan liên kết có mật độ electron bao phủ cả phía trên lẫn dưới hai nguyên tử các bon mang nối đôi khi liên kết đôi có độ dài liên kết bằng 1,34 A0 ngắn hơn so với liên kết đơn (1,54A0). Năng lượng liên kết đôi C = C bằng 145,8 KCal/mol trong khi đó liên kết đơn chỉ bằng 82,6 KCal/mol, ở đây ta thấy rằng năng lượng liên SV: Nguyễn Hữu Tuấn Hoá Dầu K8 12 Thiết kế phân xưởng sản xuất VC
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp kết lớn hơn năng lượng của liên kết và bằng 145,8 82,6 = 63,2 KCal/mol. Như vậy năng lượng liên kết lớn hơn năng lượng liên kết và độ chênh lệch vào khaỏng 20KCal/mol điều này giải thích tính chất kém bền của liên kết và khả năng phản ứng cao của liên kết đôi. Các phản ứng quan trọng nhất của Etylen là phản ứng cộng, phản ứng oxi hoá và phản ứng trùng hợp. a. Phản ứng cộng. Đặc trưng của etylen là phản ứng cộng và liên kết đôi, ở đây liên kết đôi thực chất là liên kết lại bị bẻ gẫy và kết hợp với hai nguyên tử hoặc hai nhóm nguyên tử mới tạo ra hợp chất no. Với H2: CH2 = CH2 + H2 CH3 CH3 + 32,8 Kcal/mol. đây có thể coi là phản ứng toả nhiệt. Với Halogen: Khi cộng vào nối đôi etylen rất dễ dàng tạo ra dẫn xuất đi halogen, có hai halogen dính ở nguyên tử Cacbon cạnh nhau. CH2 = CH2 + Cl2 CH2Cl CH2Cl (1,2 dicloetan). Với halogenua: (HX) khi cộng liên kết đôi của etylen cho dẫn xuất mônô halogen, phản ứng xảy ra khá dễ dàng đối với hydro iotdua và khó nhất đối với hydrô Clorua. CH2 = CH2 + HI CH3 CH2 I (Etyl Iotdua). Tác dụng với dung dịch nước Clo hoặc Br cho sản phẩm là các halogen Hydrin. Trong trường hợp có tác nhân hoạt động là axit Hypoclorơ CH2 = CH2 + HOCl HOCH2 CH2Cl (etylen Clohydrin). Với nước: CH2 = CH2 + H2SO4 CH3 CH2 OSO3H (Etyl Sunfat axit). b. Phản ứng oxi hoá. SV: Nguyễn Hữu Tuấn Hoá Dầu K8 13 Thiết kế phân xưởng sản xuất VC
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Oxi hoá đến etylen axetan dehit trong dung dịch HCl pha lỏng chứa Clorua Pd và đồng. Thuỷ phân phức chất này cho axetandehit và kim loại Pd. CH 2 = CH 2 + PdCl 2 [ C2H 4 PdCl 2 ] H 2O CH 3 − CH =Pd +2H + + 2Cl 2 c. Phản ứng trùng hợp. Quá trình trùng hợp toả nhiều nhiệt khoảng 800 KCal/Kg (trùng hợp ở thể khí): nCH2 = CH2 [CH2 CH2 ]n (Polyetylen). 3. Điều chế Etylen. Trong phòng thí nghiệm Etylen thường điều chế từ Rượu etylic bằng cách dùng H2SO4 đặc cho bay hơi đi qua Al2O3 ở nhiệt độ cao. Tách nước từ rượu khi tác dụng với H 2SO4 đậm đặc với etanol ở 160 1700C ta được etylen. C2H5OH H 2SO4 1700 C C2H4 + H2O H 2SO4 6000 C C2 H 5OH C2 H 4 +H 2O Trong công nghiệp người ta điều chế etylen từ khí than cốc và đặc biệt là Cracking dầu mỏ. Cũng có thể điều chế etylen bằng cách hydrô hoá khí Axetylen có xúc tác: CH CH + H2 Xt CH2 = CH2. III. Tính chất của Axit HCl. Tính chất của HCl là một chất khí không màu, có mùi hắc và gây kích thích niêm mạc, rất độc. HCl tan mạnh trong nước, nó ở dạng khan và SV: Nguyễn Hữu Tuấn Hoá Dầu K8 14 Thiết kế phân xưởng sản xuất VC
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp không có khả năng ăn mòn kim loại, là một khí bền nhiệt. Chỉ bị phân huỷ nhẹ nếu nhiệt độ trên 150C. HCl dạng nguyên chất không có màu, có tỷ trọng d = 1,35 g/m3, có phân tử lượng bằng 36,5 là một axit điển hình, đứng trước H 2 trong dãy điện hoà, HCl là một axit mạnh dung dịch có nồng độ lớn khoảng 35%. HCl mang đầy đủ các tính chất của một axit mạnh như: Tác dụng với kiềm: HCl + NaOH NaCl + H2O Tác dụng với muối: 2HCl + CaCO3 CaCl2 + H2O + CO2 Tác dụng với kim loại: 2HCl + Mg MgCl2 + H2 Tác dụng với Axetylen: HCl + CH CH CH2 = CH2. * Các phương pháp sản xuất HCl phổ biến trên thế giới sản xuất H2SO4 và NaOH. NaCl + H2SO4 NáHO4 + HCl 2NaCl + H2SO4 Na2SO4 + 2HCl Phương pháp Hargreaver. S + O2 SO2 2NaCl + 2SO2 + O2 + 2H2O 2Na2SO4 + 4HCl Phản ứng tổng hợp H2 và Cl2. H2 + Cl2 2HCl SV: Nguyễn Hữu Tuấn Hoá Dầu K8 15 Thiết kế phân xưởng sản xuất VC
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Phương pháp thu HCl như một sản phẩm phụ của quá trình Clo các hợp chất hữu cơ. B. Tính chất của sản phẩm VC. I. Tính chất lý học Vinyl Clorua (VC) là một chất khí không màu, có mùi ete nhẹ (ở áp suất thường) có công thức phân tử là C2H3Cl. Nó có một số tính chất sau:  Trọng lượng riêng : 0,969 g/cm3.  Trọng lượng phân tử : M= 62,5 Kg/mol  Nhiệt độ đóng rắn : 153,70C.  Nhiệt độ ngưng tụ : 13,90C rất khó hóa lỏng  Nhiệt độ tới hạn : 1420C  Nhiệt độ bốc cháy : 415 KCal/kg  Nhiệt độ nóng chảy : 18,4 KCal/kg  Nhiệt độ bốc hơi ở 250C: 78,5 KCal/kg  Nhiệt tạo thành : 83 8 KCal/Kg  Nhiệt trùng hợp : 366 5 KCal/kg  Nhiệt dung riêng của VC lỏng ở 250C: 0,83 KCal/kg độ.  Nhiệt dung riêng của VC hơi ở 250C: Chi phí = 0,207 KCal/kg độ  Hệ số khúc xạ của VC lỏng: N0 = 1,83  Tỷ trọng: Công thức thực nghiệm tính tỷ trọng của VC lỏng được xác định như sau: d = 0,9471 0,176 . 102. t 0,324 .105. t2 Trong đó: d: Là tỉ trọng của VC lỏng, g/cm2 t: nhiệt độ của VC lỏng, 00C. Ta có bảng sau: SV: Nguyễn Hữu Tuấn Hoá Dầu K8 16 Thiết kế phân xưởng sản xuất VC
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Bảng 1: Tỷ trọng của VC phụ thuộc vào nhiệt độ. Nhiệt độ (0C) 15 25 Tỷ trọng 0,9730 0,9014 áp suất hơi: Ta có công thức thực nghiệm tính áp suất hơi của VC 1130,9 EgP = 0,8420 = 1,75LgT 0,002415.T T Trong đó: P: áp suất hơi của VC (at) T: nhiệt độ hơi của VC (0C) Bảng 2: áp suất hơi của VC. Nhiệt độ (0C) 87,50 55,8 13,37 62,2 46,8 áp suất (mmHg) 10 100 760 2258 5434 So với Axetylen, etylen hay HCl thì độ tan trong nước ở 1 Axetaldehit là 0,5 trọng lượng. Giới hạn nồng độ nổ của hỗn hợp với không khí là từ 3,62 26,6% thể tích. Tính độc củaVC: VC độ hơn so với Clorua etyl và ít độ hơn Clofooc và tetra Clorua Cacbon, VC có khả năng gây mê qua các bộ phận hô hấp của con người và cơ thể động vật. Khi tiếp xúc với VC thì chỉ trong 3 phút chúng ta có thể bị choáng váng. Nếu tiếp xúc với thời gian lâu hơn thì có thể bị gục ngã. Nếu hàm lượng VC trong không khí là 0,5% thì con người có thể làm việc trong vài giờ mà không có tác dụng sinh lý nào. II. Tính chất hoá học. VC có công thức hoá học: CH2 = CHCl Công thức cầu tạo của VC: H H H=C H Cl SV: Nguyễn Hữu Tuấn Hoá Dầu K8 17 Thiết kế phân xưởng sản xuất VC
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Do có liên kết đôi và nguyên tử Clo linh động (Clo có độ âm điện lớn) nên các phản ứng hoá học của VC là phản ứng của liên kết đôi và phản ứng của nguyên tử Clo linh động. VC là một chất không tan trong nước nhưng nó có khả năng tan trong các dung môi hữu cơ như Axetôn, Rượu etylic, hydro cacbon thơm và hydro cacbon mạch thẳng. Nhìn chung trong phân tử VC có một liên kết nối đôi và một nguyên tử Clo linh động, do đó phản ứng hoá học chủ yếu là những phản ứng kết hợp hoặc phản ứng của nguyên tử Clo trong phân tử VC. Dưới đây là những phản ứng và VC có khả năng tham gia. 1. Phản ứng nối đôi. a. Xét phản ứng cộng hợp. VC cho tác dụng với halogen cho ta 1,2 dicloetan trong điều kiện môi trường khô ở 140 1500C hoặc 800C và có chiếu sáng xúc tác là SbCl3. Do đó khi có xúc tác của AlCl3 thì VC phản ứng với HCl. CH2 = CHCl + HCl Cl CH3Cl Với H2: CH2 = CHCl + H2 CH3 CH2Cl Khi xảy ra phản ứng oxi hoá của VC ở nhiệt độ từ 50 1500C thì sự có mặt của HCl sẽ dễ dàng tạo ra mônoaxetandehit. 1 CH2 = CHCl + O2 Cl CH2 CHO 2 Do phân tử có chứa nối đôi nên VC có thể tham gia vào phản ứng trùng hợp tạo PVC, đây là một sản phẩm quan trọng. 2CH2 = CHCl [ CH2 CH ]n Cl SV: Nguyễn Hữu Tuấn Hoá Dầu K8 18 Thiết kế phân xưởng sản xuất VC
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp 2. Phản ứng của phân tử Clo. Ta xét phản ứng thủy phân. Khi đun nóng với kiềm HCl bị tách ra khỏi VC cho ta axetylen. + NaOH CH 2 = CHCl CH CH +NaCl +H 2O Khi cho tác dụng với acolat hay fenolat cho ta este VC. CH2 = CHCl + RONa CH2 = CHOR + NaCl Để tạo được hợp chất cơ kim: CH2 = CHCl + Mg CH2 = CH Mg chất lượng Từ đây ta có thể khẳng định được rằng nếu trong điều kiện không có không khí ở 4500C thì VC có thể bị phân huỷ và tạo thành Axetylen và HCl, cũng từ đó do quá trình phản ứng izome hoá Axetylen lại tiếp tục phản ứng và tạo ra một lượng nhỏ 2 chất lượng 1,3 butadien, còn trong điều kiện có không khí thì VC sẽ bị oxi hoá hoàn toàn và tạo thành CO2 và HCl. * Bảo quản VC. Trước đây do công nghệ và kỹ thuật sản xuất còn hạn chế nên khi sản xuất ra VC muốn bảo quản được lâu và đảm bảo an toàn cho công tác vận chuyển người ta thường phải cho một lượng nhỏ Phenol để ức chế quá trình phản ứng Polime hoá. Ngày nay với các phương pháp và công nghệ sản xuất hiện đại, con người đã sản xuất ra được loại VC với độ tinh khiết cao mà không cần chất ức chế trong bảo quản đồng thời do được làm sạch với nước nên VC không có khả năng gây ăn mòn và có thể bảo quản được trong các thùng thép cácbon thường. SV: Nguyễn Hữu Tuấn Hoá Dầu K8 19 Thiết kế phân xưởng sản xuất VC
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Chương II: Các phương pháp sản xuất vinyl clorua Thường thì vào những năm 1830 của thế kỷ trước do công nghệ và kỹ thuật còn kém nên VC chỉ được sản xuất dựa trên phản ứng dehydro hoá 1,2 diCloetan, song mãi đến 1902 nhờ nhận được phản ứng Cracking nhiệt 1,2 diCloetan. Nhưng tất cả đều không mấy khả quan, do đó buộc các nhà khoa học phải có nhiều công trình nghiên cứu và đưa ra nhiều phương pháp có tính tối ưu hơn, và sau nhiều năm nghiên cứu họ đã đưa ra được các phương pháp có tính khả quan sau:  Nhiệt phân diCloetan 1,2  Sản xuất từ etylen  Phương pháp liên hợp  Clo hoá etan  Hydrô hoá Axetylen I. Sản xuất VC đi từ 1,2 diCloetan. Với công nghệ của quá trình sản xuất VC đi từ 1,2 diCloetan có thể sử dụng theo hai phương pháp sau:  Kiềm hoá đềhydrô hoá trong pha lỏng.  Nhiệt phân trong pha hơi. Phản ứng chính: Cl CH2 CH2 Cl CH2 = CH Cl + HCl: H298 = 100,2 KJ/mol 1. Quá trình trong pha lỏng. So với nhiều quá trình khác thì quá trình điều chế VC thì phản ứng được thực hiện trong thiết bị hình trụ kiểu đồng trục, với thiết bị có vỏ bọc ngoài và có cánh khuấy. Để tiến hành phản ứng đầu tiên ta có dung SV: Nguyễn Hữu Tuấn Hoá Dầu K8 20 Thiết kế phân xưởng sản xuất VC

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2431 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.