Tổng hợp Etylen Oxit và sản xuất Etylen Glycol

Chia sẻ: Nguyễn Thành Chung | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

827
lượt xem 58
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tài liệu Tổng hợp Etylen Oxit và sản xuất Etylen Glycol được biên soạn nhằm giúp các bạn biết được tính chất đặc điểm cũng như cách tổng hợp và sản xuất với hai hóa chắt Etylen Oxit và Etylen Glycol. Đây là tài liệu hữu ích với những bạn chuyên ngành Hóa học.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tổng hợp Etylen Oxit và sản xuất Etylen Glycol

TỔNG HỢP ETYLEN OXIT VÀ SẢN XUẤT ETYLEN GLYCOL ETYLEN OXIT
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ETYLEN OXIT I. CẤU TẠO PHÂN TỬ Etylen oxit là hợp chất hữu cơ có công thức là C2H4O, còn có tên gọi khác là oxiran Về nguồn gốc Etylen oxit lần đầu tiên được tìm ra vào năm 1859 bởi bởi nhà hóa học người Pháp Charles-Adolphe Wurtz, xuất phát từ phản ứng: Cl–CH2CH2–OH + KOH → (CH2CH2)O + KCl + H2O Etylen oxit có cấu tạo dạng mạch vòng (một nguyên tử oxy liên kết với hai nguyên tử cacbon của ankan, tạo thành một vòng) Vì có cấu tạo đặc biệt nên EO dễ có phản ứng mở vòng và phản ứng trùng hợp II. TÍNH CHẤT VẬT LÝ Etylen oxit là chất khí ở 25°C, không màu, không mùi nhưng có vị ngọt, dễ cháy ở nhiệt độ thường. Dễ hòa tan trong nước và các dung môi hữu cơ. Độ nhớt của chất lỏng etylen oxit ở 0 ° C thấp hơn so với nước khoảng 5,5 lần. Là 1 chất độc hại, có thể gây ngộ độc, kích ứng da và có thể gây ung thư. Rất nguy hiểm khi sử dụng và tiếp xúc trực tiếp Dễ gây cháy nổ, dung dịch 4% trong nước có thể cháy. Các thông số vật lý của etylen oxit
III. TÍNH CHẤT HÓA HỌC 1. Phản ứng tự phân hủy: Tự phân hủy ở khoảng 400oC tạo sản phẩm chính CO, CH4 cùng C2H6, C2H4, H2, C, CH3CHO. Vì tính chất này mà việc bảo quản và vận chuyển phải được tiến hành đặc biệt - Thiết bị bằng thép không gỉ. - Thiết bị chứa phải bơm vào N2 2. . Phản ứng với hợp chất chứa Hydro linh động
3. Phản ứng với nước Etylen oxit phản ứng với nước trong điều kiện có xúc tác H+ Tạo EG là hợp chất có quan trọng nhất. Sản phẩm của phản ứng phụ thuộc tỷ lệ EO/H2O (CH2CH2)O + H2O → HO–CH2CH2–OH 2 (CH2CH2)O + H2O → HO–CH2CH2–O–CH2CH2–OH 3 (CH2CH2)O + H2O → HO–CH2CH2–O–CH2CH2–O–CH2CH2–OH n (CH2CH2)O + H2O → HO–(CH2CH2–O–)nH 4. Phản ứng tạo Ethylene Glycol Ether (EGE): (CH2CH2)O + ROH → HOCH2CH2OR (CH2CH2)O + HOCH2CH2OR → HOCH2CH2OCH2CH2OR (CH2CH2)O + HOCH2CH2OCH2CH2OR→ HOCH2CH2OCH2CH2OCH2CH2OR 5. Phản ứng tạo Ethanolamine: CH2CH2O + NH3 → HOCH2CH2NH2 2(CH2CH2)O + NH3 → (HOCH2CH2)2NH 3(CH2CH2)O + NH3 → (HOCH2CH2)3N IV. ỨNG DỤNG Tuy là một chất độc hại nhưng EO có vai trò quan trọng trong việc tổng hợp các hóa chất trong công nghệ hóa học như các chất tẩy rửa, chất làm đặc, dung môi, in ấn, nhuộm… EO tinh khiết còn được dùng để khử trùng các thiết bị y tế như bông băng, chỉ khâu, dụng cụ phẫu thuật…trong bệnh viện.
Vì có khả năng diệt vi khuẩn và nấm mốc nên EO còn được dùng để bảo quản thực phẩm Khi phân hủy Etylen Oxit sẽ tạo ra 1 năng lượng rất lớn, khi kết hợp với nitromethane sẽ có thể ứng dụng trong động cơ phản lực. Đây là biểu đồ biểu thị các sản phẩm được sản xuất ra từ Etylen Oxit Từ biểu đồ trên ta thấy rằng Etylen Oxit chủ yếu được dùng để tổng hợp Etylen glycol khi chiếm đến 65% tổng sản lượng. Ứng dụng của các chất khác được sản xuất từ Etylen Oxit • Monoethylene Glycol: Sử dụng làm hóa chất chống đông, sản xuất PET, chất tải nhiệt…
• Diethylene Glycol: Sử dụng sản xuất Polyurethanes, Polyesters, chất làm mềm, chất làm dẻo, sử dụng trong sấy khí, dung môi.. • Triethylene Glycol: Sử dụng sản xuất sơn, làm dung môi, chất làm mềm, chất giữ độ ẩm… • Poly Ethylene Glycol: Sử dụng làm thuốc mỡ, dầu bôi trơn, dung môi (trong sơn, thuốc…), sử dụng trong mỹ phẩm… • Ethylene Glycol Ether:
Sản xuất chất hoạt động bề mặt, thuốc tẩy, dung môi, dầu phanh, dung môi để loại SO2, H2S, CO2. Sản xuất Alcohol Ethoxysulfates (AES) theo phản ứng: R(OC2H4)nOH + SO3 → R(OC2H4)nOSO3H • Ethanolamine: Sử dụng trong công nghiệp dệt, mỹ phẩm, xà phòng, thuốc tẩy… • Sản phẩm quá trình Ethoxyl hóa: Sản phẩm phản ứng của EO với rượu béo, amin béo, alkyl phenol… sử dụng làm chất hoạt động bề mặt, chất phân tán, chất tẩy rửa thân thiện môi trường… V. TÌNH HÌNH SẢN XUẤT SỬ DỤNG
Tình hình sản xuất etylen oxit trên thế giới năm 2004
CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT 1. Quá trình Etylen Clohydrin: Cl2 + H2O ↔ ClOH + HCl CH2=CH2 + ClOH ↔ CH2OH-CH2Cl 2. Quá trình oxy hóa trực tiếp etylen a. Hóa học quá trình: b. Xúc tác: Xúc tác được sử dụng là Ag (7-20%) trên chất mang. Chất mang: đường kính mao quản lớn, bề mặt riêng nhỏ, người ta dùng α- Al2O3, SiO2 – Al2O3… Ngoài ra còn có các chất phụ trợ: hợp chất kim loại kiềm, kiềm thổ (100- 500mg/kg). Các hợp chất của Cl (EDC, VC…) giảm các phản ứng cháy. Độ chọn lọc của quá trình lên đến 90%. c. Nguyên liệu Có 2 nguyên liệu chính là Etylen và khí oxi với các điều kiện: Trong etylen : Hàm lượng C2H2, S, CO < 2 ppm. Để có thể thỏa mãn điều kiện trên người ta lựa chọn Etylen từ quá trình steam cracking Đối với oxi thì đơn giản hơn khi có thể dùng Oxy tinh khiết hoặc không khí. d. Điều kiện phản ứng - Nhiệt độ: 260-290oC
- Áp suất: 1-3 Mpa - Thời gian phản ứng: 1-4s - Tỉ lệ phản ứng: phụ thuộc dùng oxy hay không khí Phải duy trì nồng độ etylen < 3% thể tích dưới giới hạn nổ nên dùng khí trơ: N2, CH4. e. Thiết bị phản ứng Phản ứng pha khí xúc tác rắn. - Thiết bị ống chùm: + Đường kính 12-50mm + Chiều dài 12m + Bằng thép không gỉ - Tách nhiệt phản ứng bằng dòng kerosen chảy ngoài ống f. Các sản phẩm phụ Sản phẩm phụ của quá trình chủ yếu là CO2, ngoài ra còn Etylen Glycol, formaldehit, Axetaldehit. g. Các công nghệ sản xuất trên thế giới Các công nghệ được chia ra theo tác nhân oxi hóa - Sử dụng Oxy là tác nhân oxy hóa có các công nghệ sản xuất chính là: Chemische Werke-Huls, Japan Catalytic, Shell, SD 2, SNAM Progetti
- Sử dụng không khí: các công nghệ thực hiện là: Distillers, IG Farben, SD, UN Thuyết minh công nghệ: - Công nghệ với nguyên liệu là etylen và không khí: Ban đầu, dòng khí gồm C2H4, không khí, chất ức chế và dòng khí hồi lưu từ tháp (h) được đưa vào tháp phản ứng sơ cấp (g); tạitháp (g) phản ứng diễn ra sau đó sản phẩm được trao đổi nhiệt với dòng nguyên liệu rồi được đưa tới tháp hấp thụ EO sơ cấp (h). Tại tháp (h), dòng khí trên đỉnh là phần nguyên liệu chưa phản ứng, có thể có lẫn EO và sản phẩm phụ được đưa quay lại tháp (g); Dòng đáy tháp là sản phẩm được đưa tớitháp nhả hấp thụ (k) . Tại đây, dòng trên đỉnh tháp (k) là sản phẩm được đưa đến tháp tách sản phẩm nhẹ (l) rồi đưa đến tháp tinh chế EO (m); dòng đáy tháp (k) được đưa quay lại tháp hấp thụ (h) và tháp hấp thụ thứ 2( j) để
thực hiện hoàn toàn phản ứng sau đó được quay lại để thực hiện quá trình tinh chế EO như trên. - Công nghệ với nguyên liệu là etylen và oxi tinh khiết: Ban đầu, nguyên liệu gồm C2H4, O2 (tinh khiết 99%), chất ức chế được đưa vào tháp phản ứng(a); tại đây phản ứng diễn ra. Sau đó, dòng sản phẩm được trao đổi nhiệt với nguyên liệu rồi đưa đến tháp hấp thụ EO (b); trên đỉnh tháp là dòng khí nguyên liệu chưa phản ứng, CO2, khí trơ, một phần nhỏ sản phẩm được đưa đến tháp tách CO2 (c), (d) rồi được tuần hoàn trở lại tháp (a); phần đáy tháp là sản phẩm được đưa đến tháp nhả hấp thụ (k). Tại đây, dòng trên đỉnh tháp (k) là sản phẩm được đưa đến tháp tách sản phẩm nhẹ (l) rồi đưa đến tháp tinh chế EO (m); dòng đáy tháp chứa 1 lượng nhỏ EO được thủy phân trong nước để thu Glycol. (Tháp (k), phần sản phẩm có thể có lẫn CO2, khí trơ làm ảnh hưởng đến hiệu suất nên được đưa đến tháp tách EO (b) rồi đi qua tháp hấp thụ và nhả hấp CO2 rồi quay lạitháp (k) thực hiện quá trình nhả hấp thụ EO.)  Công nghệ Shell
Thuyết minh công nghệ: Nguyên liệu gồm hỗn hợp khí chứa 10-40% etylen với tỷ lệ mol giữa hai nguyên liệu chính có thể thay đổi từ 7 đến 1kết hợp với dòng khí hồi lưu; hỗn hợp khí này qua thiết bị trao đổi nhiệt với dòng sản phẩm sau đó được đưa vào thiết bị phản ứng. Hỗn hợp sản phẩm đi đến tháp hấp thụ tại đây dòng khí được tách ra phía trên tháp gồm metan, etylen dư, CO2, sản phẩm phụ và một phần EO có thể bị lẫn ở đây, dòng khí này được đưa vào tháp hấp thụ CO2 rồi quay lại hồi lưu với dòng nguyên liệu, dòng đi dưới đáy tháp hấp thụ đến tháp nhả hấp thụ. Tại tháp nhả hấp thụ, dòng ở đáy tháp gồm EO dư được qua thiết bị thủy phân oxit dư thành glycol để chuyển hết thành EG, dòng đỉnh tháp là sản phẩm được đưa đến thiết bị tách sản phẩm nhẹ. Sau đó, dòng sản phẩm qua tháp tách nước đến tháp tinh chế thu được EO có độ tinh khiết cao.
ETYLEN GLYCOL CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ ETYLEN GLYCOL Ethylene Glycol (EG) lần đầu tiên được điều chế vào năm 1859 bởi nhà hóa học người Pháp Charles-Adolphe Wurtz bằng cách cho phản ứng giữa 1,2-dibromoethan với CH3COOAg để tạo sản phẩm dietylen acetat este,sau đó sử dụng H2O phân huỷ este đó thành Etylenglycol. Đến năm 1860 các nhà khoa học đã điều chế được EG từ phản ứng thủy phân Ethylene Oxide. Trước chiến tranh thế giới lần thứ nhất EG hầu như không được sản xuất để phục vụ cho mục đích thương mại, nó chỉ được sản xuất ở Đức (tổng hợp từ ethylene dichloride) để sử dụng như một chất thay thế cho Glyxerol trong công nghiệp chế tạo vật liệu nổ (Etylen glycol dinitrate) và sau này thành một trong những sản phẩm công nghiệp quan trọng.
I. CẤU TẠO PHÂN TỬ Etylen glycol có công thức cấu tạo : HOCH 2 CH 2 OH tên thường gọi là Glycol là một rượu hai nhóm chức đơn giản nhất. Còn theo IUPAC là : etan 1, 2-diol. Công thức cấu tạo Cấu trúc dạng rỗng Cấu trúc dạng đặc II. TÍNH CHẤT VẬT LÝ E.G là chất lỏng không màu không mùi và có vị ngọt nó rất háo nước và có thể tan hoàn toàn trong rất nhiều dung môi phân cực như nước, rượu, E.O và axeton. Tuy nhiên đối với các dung môi không phân cực như Benzen,Toluen, Diclo Etan, chloroform khả năng hoà tan của E.G với chúng không phải là cao lắm. EG là chất độc đối với người và động vật, môi trường.
Etylen Glycol rất khó để kết tinh bởi dịch của nó có tính nhớt rất cao,tuy nhiên khi ta làm quá lạnh,dung dịch sẽ đóng rắn tạo thành sản phẩm có trạng thái giống thuỷ tinh. Dưới đây là các thông số của Etylen glycol Nhiệt độ điểm sôi (tại 101325 Pa): 197.60 °C Điểm nóng chảy : –13.00 °C Khối lượng riêng tại 20 °C : 1.1135 g/cm3 Tỷ trọng , n D 20 :1.4318 Nhiệt hoá hơi (101.3 kPa) : 52.24 kJ/mol Nhiệt cháy :19.07 MJ/kg Các giá trị tới hạn: Tc :372 °C Pc :6515.73 kPa Vc : 0.186 L/mol Điểm chớp cháy thấp nhất :111 °C Nhiệt độ bắt cháy :410°C Giới hạn nổ dưới : 3.2 % thế tích Giới hạn nổ trên :53 % thể tích Độ nhớt tại 20 °C : 19.83 Ns/m 19.83 mPa • s Hệ số nở khối 20 °C : 0.62×10–3 K–1 Ethylen Glycol ngoài Mono Ethylene Glycol ( thường gọi chung cho EG) còn có di- ethyleneglycol, tri-ethyleneglycol, tetra-ethylenglycol, polyethyleneglycol. Dưới đây là một số thông số vật lý của các loại ethylene Glycol
III. TÍNH CHẤT HÓA HỌC Etylen Glycol là rượu đa chức trong phân tử chứa 2 nhóm –OH nên có đầy đủ những tính chất của rượu thông thường (rượu đơn chức) và những tính chất của rượu đa chức. 1. Các phản ứng thế của nhóm – OH • Phản ứng với Natri kim loại Ở điều kiện 500C EG có thể phản ứng với Na tạo ra Natri etyleneglycolat hay dinatri etylenglycolat • Phản ứng tạo phức với Cu(OH)2 Ethylene Glycol có thể phản ứng làm mất màu xanh của Cu(OH)2 tạo phức không màu: Đồng (II) etylen glicolat . • Phản ứng với H3BO3
• Phản ứng với axit tạo este vô cơ và hữu cơ VD : với HCl tạo 2-metyletanol → diclo etan. • Phản ứng dehydrat hóa Do có 2 nhóm –OH trong phân tử nên có thể tách nước từ EG tạo axetandehit 2. Các phản ứng hay sử dụng trong công nghiệp : a. Phản ứng ôxy hoá: E.G rất dễ dàng bị ôxy hoá bởi các tác nhân ôxy hoá như O2,HNO3 …cho ta một loạt các sản phẩm như : HOCH2CHO, HOCH2COOH, HOOCCOOH, HCOCOOH, CHOCHO, HCOOH. Ví dụ : (CH 2OH)2 + O2 → (CHO)2 + 2H2O b. Phản ứng tạo 1,3-dioxolan: Phản ứng giữa ethylene glycol và orthofomates Hoặc với dialkyl carbonates
c. Phản ứng tạo 1,4-dioxolan Ethylene glycol có thể thực hiện phản ứng dehydrat hóa để tạo 1,4-dioxolan với xúc tác axit sunfuric. d. Phản ứng tạo Ete và Estes Do có 2 nhóm –OH trong phân tử nên EG nên có thể thực hiện phản ứng ankyl hóa tạo ete hoặc thực hiện phản ứng acyl hóa tạo este. Do có 2 nhóm hydroxyl trong phân tử nên sản phẩm tạo thành có thể là mono- , di- ete hoặc mono-, di-este tùy thuộc và tỷ lệ của các chất phản ứng được đưa vào lúc đầu. phản ứng este hóa của EG với axit telephtalic tạo polyester (nhựa PET) có ứng dụng quan trọng trong công nghiệp và đời sống. (PET : Polyetylenglycoltelephtalat) e. Phản ứng Epoxy hóa (Ethoxylation) EG có thể phản ứng với Etylen oxit để tạo thành các mono-, di-, tri- , tetra- và poly etylen glycol. Lượng sản phẩm thu được tùy thuộc và xúc tác được sử dụng và phụ thuộc vào tỷ lệ chất phản ứng ban đầu.
Phản ứng này hiện nay không còn được ứng dụng trong công nghiệp. g. Phản ứng phân hủy với kiềm Etylen Glycol là một chất tương đối bền ở nhiệt độ phòng, tuy nhiên khi được đưa lên nhiệt độ hơn 2500C thì bắt đầu có phản ứng. Đây là phản ứng tỏa nhiệt với ΔH =−90 đến −160 kJ/kg IV. ỨNG DỤNG Ứng dụng lớn nhất của E.G là sử dụng làm chất chống đông vì nó có khả năng hạ nhiệt độ đông đặc xuống thấp hơn 00C khi hoà trộn nó với nước. EG còn được sử dụng làm chất trung gian sản xuất nhựa o Nhựa polyeste dùng trong sản xuất tàu thuyền, nguyên liệu ngành xây dựng, thân máy bay, dệt, bao bì. o Nhựa poly etylen terephtalate dùng sản xuất vỏ chai, thùng chứa. Một số ứng dụng khác: - Dung môi hoạt hoá cho dung môi cơ bản dùng cho sơn phủ - Chất kết dính cho nhũ nước công nghiệp - Dung môi chính cho các dung môi hòa tan trong mực in nước - Chất kết nối và dung môi cho chất tẩy rửa trong nhà và tẩy rửa công nghiệp, chất tẩy rỉ, làm sạch bề mặt cứng, chất tẩy uế. - Dung môi hòa tan cho thuốc trừ sâu trong nông nghiệp