oLoại (a): thiết bị hoàn lưu dòng
oLoại (b): thiết bị tách nhiệt nhờ sự bốc hơi aceton
d3. Chưng tách sản phẩm:
Giai đoạn chưng phân đoạn được tiến hành trong các tháp chưng nối tiếp nhau. Ban
đầu khi ở áp suất thường trong tháp (8) sẽ chưng lấy aceton; sau đó ở áp suất thấp
trong tháp (9) sẽ tách hỗn hợp các chất có nhiệt độ sôi cao còn dư ở đáy ra khỏi sản
phẩm dễ bay hơi hơn và cuối cùng thu được phenol
V. QUÁ TRÌNH OXY HÓA PARAFIN THÀNH ACID CACBOXYLIC
Phản ứng oxy hóa parafin thành acid cacboxylic thường có xảy ra sự đứt mạch
C-C và xảy ra trong pha lỏng.
Có 2 phương án thực hiện:
1> oxy hóa parafin thấp phân tử (C4-C8): sản phẩm chính là acid acetic
2> oxy hóa parafin rắn: sản phẩm là các acid béo có mạch Cacbon thẳng từ C10- C20 →
dùng làm nguyên liệu để tổng hợp các chất hoạt động bề mặt.
1. Oxy hóa parafin C4-C8:
Điển hình là quá trình oxy hóa n-butan sản xuất acid acetic
1.1. Tính chất của acid acetic: CH3COOH
- ở điều kiện thường: acid acetic là một chất lỏng không màu, có mùi đặc trưng và có
vị chua, có tnc = 16.6oC ; ts = 118oC
- hòa tan vô hạn trong nước, ngoài ra có thể tan trong rượu, este
- hòa tan tốt các hợp chất S, P, halogen...
- bền nhiệt, ngay khi ở nhiệt độ 400oC thì hơi của acid acetic cũng không bị phân hủy
15
- độc, dễ làm hỏng niêm mạc mắt, ở nồng độ đặc dễ làm bỏng da.
- Ứng dụng:
+ trong công nghiệp:
* làm nguyên liệu để tổng hợp Vinylacetat → tổng hợp PVA: bán sản
phẩm để sản xuất sợi nylon.
* phản ứng với rượu tạo este: dùng làm dung môi cho sản xuất sơn.
* làm nguyên liệu để sản xuất aceton, thuốc diệt cỏ...
+ trong đời sống
+ trong y học: dùng để sản xuất dược phẩm như thuốc aspirin. Đặc biệt trong y
học cổ truyền, acid acetic dùng kết hợp với các vị khác để chữa bệnh đau cột
sống, lang ben.
- Sản xuất: có nhiều phương pháp sản xuất acid acetic
+ oxy hóa acetaldehyt
+ tổng hợp từ aceton qua Keten
+ tổng hợp từ C2H2, C2H4.
+ tổng hợp từ phân đoạn xăng nhẹ hay n-butan
+ tổng hợp từ CO và rượu metylic CH3OH: là phương pháp hiệu quả nhất
1.2. Công nghệ quá trình
Khi oxy hóa n-butan sẽ tạo ra các sản phẩm sau:
16
2CH3COOH : sản phẩm chính
CH3COC2H5: metyletylceton
CH3CH2CH2CH3O2
Sản phẩm phụ
0 25 50 75 100
1
2
3
%mol
30
20
10
Độ chuyển hóa
Điều kiện công nghệ: quá trình oxy hóa n-butan bằng không khí tạo thành dung dịch
acid acetic được thục hiện ở:
t = 160 ÷ 190oC P = 6 MPa
Có xúc tác (muối Co hay Mn) hoặc không có xúc tác
Nhược điểm: việc phân tách hỗn hợp đa cấu tử của các sản phẩm tạo thành rất phức
tạp. Vì vậy phương pháp này không phổ biến. Hiện nay phương pháp này chỉ duy nhất
còn được áp dụng ở Mỹ.
@Công nghệ mới: Đây là phương pháp được sử dụng rộng rãi hiện nay
Phương pháp này sử dụng nguyên liệu là phân đoạn xăng nhẹ C5 - C8
Ưu điểm: nguyên liệu rẻ tiền
Sản phẩm phức tạp do có chứa hỗn hợp i và n parafin nên làm cho tiến trình phản ứng
cũng rất phức tạp, tuy nhiên có thể chia chúng thành 2 nhóm:
+ các acid : formic, acetic, propyonic, sucxinic với hiệu suất tính trên 100 kg
nguyên liệu là 20 : (70÷ 75) : (10 ÷ 15) : (5 ÷ 10) (kg)
+ các chất trung gian: rượu, ceton...
Điều kiện công nghệ: t = 170 ÷ 200oC P = 5 MPa
Có xúc tác (muối Co hay Mn) hoặc không có xúc tác
17
Hình3: Sự phụ thuộc giữa nồng độ các sản phẩm oxy hóa n-
butan pha lỏng vào mức độ chuyển hóa
1. CH3COOH2. CH3COC2H53. CH3COOC2H5
Hình 4 : Sơ đồ oxy hóa phân đoạn xăng nhẹ sản xuất axit cacboxylic
1- Tháp phản ứng; 2- Tháp chưng phân đoạn 3- Thiết bị tái sinh hơi
4- Trao đổi nhiệt; 5- Làm nguội; 6- Máy giảm á p; 7-Bơm; 8- Ngưng tụ; 9- Nồi đun
2. Oxy hóa parafin rắn thành acid béo tổng hợp:
Khi oxy hóa parafin với số nguyên tử C trung bình khoảng 30 thì hiệu suất acid
cacboxylic đạt 80%, trong đó:
C1 - C4: 5 - 10% → là những acid thấp phân tử, hòa tan trong nước
C5 - C6: 3 - 5%
C7 - C9: 8 - 10% → là những acid không tan trong nước, được sử dụng để
điều chế các rượu tương ứng, hoặc để sản xuất các chất hóa dẻo, dầu mỡ bôi trơn.
C10 - C16: 25 - 28% → sản xuất xà phòng bột
C17 - C20: 15 - 20% → sản xuất xà phòng cục
>C20 : 20 - 25% → sản xuất xà phòng cục
Phần còn lại: có chứa các acid dicacboxylic
* Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ oxy hóa parafin pha lỏng:
18
- Xúc tác và nồng độ chất xúc tác:
Xúc tác : dung dịch H2O - KMnO4 hoặc MnO2 hoặc muối Mn2+
Nồng độ: KMnO4 0.2 ÷ 0.3%m
Chất kích động: NaOH hay KOH
Tỷ lệ tối ưu của chất kích động so với xúc tác: Mn2+ : K+ = 1 : 1
- Nhiệt độ: Khi nhiệt độ tăng thì tốc độ phản ứng tăng
Chẳng hạn để đạt được %C từ 30 ÷ 35% ở t = 80oC sau τ = 110h
ở t = 100oC sau τ = 38h
ở t = 110oC sau τ = 24h
- Ap suất: sự oxy hóa thực hiện ở áp suất khí quyển khi không khí được sục vào tháp
phản ứng qua cơ cấu phân tán chứa một số lượng vừa đủ các lỗ có φ = 1 ÷ 2mm.
-Thời gian phản ứng: Trong tất cả các điều kiện này và với số lượng xúc tác đã cho
như trên thì quá trình oxy hóa sẽ xảy ra trong thời gian τ = 15 ÷ 20h.
* Sơ đồ công nghệ:
19