Đề tài Công nghệ sản xuất Axetandehit và axit axetic

Đề tài: Công nghệ sản xuất Axetandehit và axit axetic Mục lục Trang Mở đầu................................................................................................3 Chương I: Tính chất lý hoá, ứng dụng và tình hình sản xuất axetandehyt và axit axetic..................................................................4 Axetandehit............................................................................. Tính chất vật lý...................................................................4 Tính chất hóa học..............................................................4 ứng dụng và sản xuất..........................................................5 Axit axetic.............................................................................. 1. Tính chất vật lý...................................................................6 2. Tính chất hóa học...............................................................7 3. ứng dụng sản xuất..............................................................9 Chương II: các phương pháp sản xuất axetic..................................18 Quá trình cacbonyl hóa metanol.......................................... Giới thiệu.........................................................................18 Xúc tác............................................................................19 Bản chất hóa học và điều kiện phản ứng........................20 Sơ đồ công nghệ.............................................................23 Sơ đồ công nghệ hãng BASF..............................24 Sơ đồ công nghệ hãng Monsanto.......................27 Quá trình oxi hóa trực tiếp hydrocacbon...................... Oxi hóa trực tiếp hidrocacbon no...........................29 Oxi hóa trực tiếp hidrocacbon không no...............37 Phương pháp sản xuất axit axetic từ axetaldehit..........41 Quá trình sản xuất axit axetic bắng pp oxh axetaldehit trong pha lỏng cơ chế......................................................................46 xúc tác....................................................................48 Yếu tố ảnh hưởng...................................................49 chương III. Các nguồn nguyên liệu sử dụng để sản xuất hóa phẩm.52 chương IV. So sánh đánh giá các ppsx, lựa chon công nghệ để xây dựng tại việt nam........................................................................................55 Kết luận.............................................................................................58 Tài liệu tham khảo Mở Đầu Ngành công nghiệp hoá chất ngày càng phát triển, sản phẩm hoá chất luôn luôn là nhu cầu cấp thiết của con người trong cuộc sống, để đạt được điều đó với mỗi lĩnh vực đều cần phải có nguyên liệu và các sản phẩm liên quan. Axit axetic (hay còn gọi là axit etanoic ) là chất hữu cơ dạng lỏng, là một hợp chất hữu cơ điển hình của dãy đồng đẳng axit mono cacboxylic, là một trong những sản phẩm hữu cơ cơ bản và quan trọng được sử dụng rộng rãi trong công nghệ tổng hợp hữu cơ hóa dầu. Nó có nhiều ứng dụng phổ biến trong công nghiệp hoá học và là sản phẩm hữu cơ cơ bản có vai trò khá quan trọng trong tổng hợp hữu cơ - hoá dầu. Ngày xưa con người đã biết sử dụng axit axetic làm dấm ăn. Hiện nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, axit axetic được ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau trong công nghiệp như: sản xuất anhydric axetic, muối axetat, axit cloaxetic, hợp chất nhựa, dược phẩm, thuốc nhuộm và thuốc trừ sâu, hóa chất ngành ảnh, thực phẩm và phụ gia cho thực phẩm (ví dụ: dấm ăn, nước dầm hoa quả, nước sốt), ngoài ra nó được dùng để điều chế nhiều loại hợp chất hữu cơ khác. Do có tầm quan trọng như vậy nên nhu cầu sử dụng axit axetic là rất lớn, đòi hỏi ngành sản xuất axit axetic phải có bước phát triển cùng với nhu cầu đó. Trong các phương pháp sản xuất axit axetic, việc lựa chọn nguyên liệu cũng như công nghệ sao cho phù hợp với điều kiện mà vẫn đảm bảo chất lượng yêu cầu đó là phương pháp oxy hoá axetaldehyt. Phương pháp này góp phần vào việc giải quyết nhu cầu cấp bách về Axit axêtic nồng độ cao của nước ta nói riêng và trên thế giới nói chung. Trong quá trình tìm hiểu, thực hiện đề tài: “ axetandehyt và axit axetic “ nhóm chúng em không thể tránh khỏi những sai sót, kính mong cô đóng góp ý kiến để bài làm được hoàn thiện hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 3 tháng 3 năm 2015 Sinh viên thực hiện (Nhóm 7) Nguyễn Ngọc Luân Hoàng Thị Mai Trần Trung Bùi Thị Thư Chương I Tính chất lý hoá, ứng dụng và tình hình sản xuất axetandehyt và axit axetic. Axetaldehyt Axetaldehyt (còn gọi là: anđehit axetic; etanal). axetandehyt được phát hiện bởi Sheele vào năm 1774, khi ông thực hiện phản ứng giữa mangan đioxit có màu đen (MnO2) và axit sunfuric với rượu. Cấu tạo axetandehyt được Liebig giải thích vào năm 1835, ông đã tạo ra axetandehyt tinh khiết bằng việc oxi hóa rượu etylic với cromic và cũng đã xác định rõ tên gọi của sản phẩm này là "andehyt". Tính chất vật lý Axetaldehyt là một chất lỏng, không màu, có nhiệt độ sôi thấp, nó là một chất lỏng có khả năng bắt lửa cao, có mùi thơm hắc, , khi pha loãng có mùi trái cây. Tan nhiều trong nước, etanol, ete. Hỗn hợp Axetaldehyt với không khí gây nổ ở 380 - 400 oC; với oxi nổ ở 140 - 143 oC. Do có khả năng phản ứng hóa học cao, nên axetandehyt là một sản phẩm hóa học trung gian vô cùng quan trọng trong công nghệ hữu cơ, từ nó có thể sản xuất ra các hợp chất như axit axetic, anhidric axetic, etyl acetat, axit peracetic, rượu butylic 2-ety- haxanol, penta- etythritol, muối clorua axetandehyt , glyoxal, akyl amin piridin và nhiều chất khác Tính chất vật lý Công thức CH3CHO Điểm nóng chảy -123,5 oC Điểm sôi 20,2 oC ID IUPAC Ethanal Khối lượng phân tử 44,05256 g/mol Có thể hoà tan trong Nước, etanol, ete Mật độ 788,00 kg/m3 Áp suất tới hạn 6,44 Mpa Nhiệt độ tới hạn 181,5 oC Tính chất hoá học. Axetandehyt có công thức phân tử là: CH3-CH=O . axetandehyt vừa là chất oxy hoá, vừa là chất khử. tham gia phản ứng cộng hydro (CH3CHO là chất oxy hoá) Tham gia phản ứng oxy hoá (CH3CHO là chất khử) C2H5OH + CH3CHO + CuO → Cu + H2O CH3CH=O + 1/2 O2 à CH3COOH Axetandehyt được điều chế bằng cách: hiđrat hoá axetilen với sự có mặt của muối thuỷ ngân ở 95 oC HC≡CH + H2O → CH3CHO oxi hoá ancol etylic bằng oxi không khí ở 400 - 550 oC với xúc tác kim loại (vd. Ag,...); đehiđro hoá ancol etylic ở 250 – 400 oC với xúc tác Cu - Zn hay Cu - Cr Trong quá trình Wacker, các ethylene (C2H4) được oxy hóa thành acetaldehyd C2H4 + H2O + PdCl2 → CH3CHO + Pd + 2HCl Ứng dụng và sản xuất Do có khả năng phản ứng hóa học cao, nên axetandehyt là một sản phẩm hóa học trung gian vô cùng quan trọng trong công nghệ hữu cơ, từ nó có thể sản xuất ra các hợp chất như axit axetic, anhidric axetic, etyl acetat, axit peracetic, rượu butylic 2-ety- haxanol, penta- etythritol, muối clorua axetandehyt , glyoxal, akyl amin piridin và nhiều chất khác. Axetandehyt được sử dụng trong thương mại đầu tiên là việc sản xuất ra axetal thông qua axit axetic, giữa những năm 1914 đến năm 1918 ở Đức và ở Canada. Axetandehyt là một chất trong quá trình trao đổi chất của thực vật và động vật, trong đó axetandehyt có khả năng tách ra với số lượng nhỏ. Số lượng lớn của axetandehyt có liên quan đến nhiều quá trình sinh học, nó cũng là chất quan trọng nhiều quá trình lên men rượu, axetandehyt cùng có mặt một lượng ít trong đồ uống như bia, rượu, các rượu mạnh, nó cũng được tách ra từ nước ép trái cây, dầu ăn, cà phê khô, khói thuốc lá. Nhiều quá trình sản xuất axetandehyt mang tính thương mại như dehydro hóa hoặc là oxi hóa rượu etylic, quá trình hợp nước của axetylen oxi hóa từng phần của các hidrocacbon và oxi hóa trực tiếp của etylen. Vào những năm 1970, công suất của quá trình sản xuất theo phương pháp oxi hóa trực tiếp trên thế giới 2 x 106 tấn/năm. quá trình oxi hóa trực tiếp etylen bây giờ chỉ còn ở Mỹ và Nhật Bản. Nó được sản xuất chủ yếu ở Celanese và hãng Eastman (USA), hãng Wacker - Chemic và hãng Hoechst (Đức) và hãng Aldehyde Co., Kyo-Wa Yuka Co., Mitsubishi Chemical Industries, Chisso Corp., Sumitomo, Showa Denko, Mitsui (Nhật Bản), Montedison (Italia), Lonza (Thuỵ Điển), hãng pemax (Mexico). Năng suất của quá trình sản xuất axetandehyt bằng cách oxi hóa trực tiếp từ etylen, tăng lên từ năm 1960, tuy nhiên axetandehyt được chấp nhận bởi một số nhà máy khác bởi vì axetandehyt được xem là chất trung gian cần thiết cho các chất hữu cơ khác, các chất hữu cơ này là sự chuyển mạch từ quá trình oxi hóa trên hoặc từ các dẫn xuất của axetandehyt , hầu hết là từ than đá và từ cơ sở Hidrocacbon C1, một xu hướng là tiếp tục phát triển quá trình từ C1. Sự tiêu thụ axetandehyt những năm gần đây đã giảm dần, do ngày nay có nhiều quá trình sản xuất ra dẫn xuất của axetandehyt đã được phát triển như là quá trình của Oxo cho ta rượu butylic cùng với 2-ethyl hexanol, quá trình của hãng Mohsanto cho ta axit axetic. Tuy nhiên axetandehyt vẫn được coi là chất trung gian khá quan trọng trong tổng hợp hữu cơ. Ở Việt Nam, ngành công nghiệp dầu khí đang ngày càng phát triển tạo ra một nguồn nguyên nhiên liệu dồi dào cho các nghành công nghiệp khác, đặc biệt là nghành tổng hợp hữu cơ, từ đó tổng hợp được vô số các hợp chất hóa học phục vụ cho đời sống Axit Axetic Danh pháp IUPAC là: acid ethanoic Tên hệ thống : Acid ethanoic Tên khác : Acetyl hydroxit (AcOH), Hydro axetat (HAc), Ethylic acid, Axit metanecarboxylic Tính chất vật lý Tính chất vật lý Tỷ trọng 1,049 g/cm3 Điểm nóng chảy 16,5 oC Điểm sôi 118,1 oC Độ hoà tan trong nước Có thể hoà tan hoàn toàn Độ axit (pKa) 4,76 (ở 25 oC) Độ nhớt 1,22 mPa.s (ở 25 oC) Axit Axetic là chất lỏng không màu, trong suốt. Axit axetic không tinh khiết thường lẫn các tạp chất như nước, anhydrit axetic, và các chất dễ oxy hoá khác. Axit axetic băng(chứa <1% nước) có tính hút ẩm mạnh. Sự có mặt của nước với nồng độ nhỏ hơn 0,1% làm giảm nhiệt độ nóng chảy của axit khoảng 0,2 oC . Axit axetic tan trong nước, rượu, axeton và các dung môi khác theo bất cứ tỷ lệ nào, tan tốt trong xenluloza và các nitroxenluloza, khi đun nóng hoà tan một lượng nhỏ phốt pho và một lượng không đáng kể lưu huỳnh. Axit axetic là dung môi tốt cho nhiều chất như nhựa thông và dầu thực vật... Dung dịch axetic có tính chất ăn mòn mạnh, tính chất này thể hiện trên nhôm và thép không gỉ thì có ý nghĩa quan trọng với ngành xây dựng và đồ dùng nấu ăn. Axit axetic tinh khiết thì có độ dẫn điện kém nhưng khi thêm một ít axit sunfuric thì tăng lên và có dòng chạy qua thì bị điện phân thành cacbon (I), (II) oxit, và oxy. Axit axetic có mùi vị hăng chua, khi bị làm lạnh đóng rắn thành dạng tinh thể đá không màu dạng lá mỏng. Người ta có thể dùng điểm đông đặc để đánh giá độ tinh khiết của Axit axetic. Tính chất hoá học Công thức phân tử của axit axetic là: CH3COOOH Tính chất hoá học của Axit axetic được quyết định bởi sự có mặt của nhóm cacboxyl trong phân tử, là một axit hữu cơ yếu nó có đầy đủ tính chất hoá học của một axit hữu cơ. Cấu tạo nhóm cacboxyl còn chưa xác định cụ thể. Thông thường biểu diễn cấu tạo nhóm cacboxyl như sau: Do nhóm hydroxyl gắn trực tiếp với nhóm cacbonyl, chịu ảnh hưởng của nhóm cacbonyl, liên kết O-H phân cực về phía oxy nên proton phân ly dễ dàng hơn. Vì vậy tính axit của axit axetic mạnh hơn rượu nhiều. hằng số phân ly K = 1,76.10 -5. Mặc dù không phải là chất hoạt động nhưng có rất nhiều sản phẩm có giá trị được sản xuất từ axit axetic. Axit axetic phản ứng với rượu hoặc olefin để tạo este khác nhau. Axetamit được điều chế bằng cách phân huỷ nhiệt amoniaxetat. Axit axetic cũng có thể chuyển thành axetyl clorua nếu sử dụng các tác nhân clo hoá như photphotriclorua hoặc thionylclorua. Axit axetic là nguyên liệu thô cho nhiều quá trình sản xuất thương mại. Nó có thể tạo vinyl axetat (VA) khi sử dụng etylen có xúc tác là kim loại quí. Axit axetic cũng được dùng để sản xuất anhydrit axetic, axit cloaxetic. Đa số phản ứng của axit axetic thể hiện ở các loại phản ứng: -Phản ứng kéo theo sự đứt liên kết O-H, ví dụ sự phân ly axit -Phản ứng xảy ra ở nguyên tử C ở nhóm cacboxyl -Phản ứng Decacboxyl hoá Tính axit của Axit axetic: có khả năng trung hoà các bazơ, oxit bazơ, đẩy axit cacbonic ra khỏi muối của nó. Hơi axit axetic có thể chịu nhiệt đến 400 oC. Khi đun nóng quá 420 oC thì hơi này bị phân huỷ thành xeton. Phản ứng xảy ra ở nguyên tử cacbon của nhóm cacboxyl. Phản ứng este hoá: khi tác dụng với rượu có mặt của axit xúc tác ta được este Tạo thành axyl halogenua: Axit axetic phản ứng với pentaclorua photpho, triclorua photpho, thionyl clorua sẽ tạo axyl clorua do sự thay thế OH bằng clo. Khử hoá axit axetic Phản ứng Decacboxyl hoá Phản ứng tạo amit Phản ứng loại nước tạo anhydrit Sau đây là một số phản ứng quan trọng của axit axetic được sử dụng trong thực tế: + Tác dụng với kim loại mạnh cũng như với kiềm tạo muối axetat CH3COOH + NaOH à CH3COONa + H2O Muối của Axit axetic có giá trị sử dụng lớn. Axetat kẽm, axetat đồng được sử dụng để sản xuất bột màu. Ngoài ra còn có axetat sắt, axetat natri, axetat mangan, để làm xúc tác cho các quá trình tổng hợp hữu cơ. +Clo hoá Axit axetic ở 90 - 100 oC với sự có mặt của xúc tác (lưu huỳnh, iod, phốt pho) : CH3COOH + Cl2 à CH2Cl – COOH + HCl Cùng với axit monoclorua axetic, còn tạo ra cả di, tri- clorua axetic axit. Axit monoclorua axetic đã được sử dụng để điều chế phenyl glyxeric (sản phẩm trung gian trong tổng hợp indigo), thuốc trừ cỏ quan trọng đó là axit 2,4 – diclorua phenol axetic và muối của nó. Axetol phenol có mùi dễ chịu được sử dụng trong công nghiệp hương liệu để sản xuất xà phòng. +Từ Axit axetic và axetylen điều chế ra este không no là vinyl axetat CH3COOH + CHCH à CH2 = CHOCOCH3. Vinyl axetat được dùng trong sản xuất chất dẻo, phim không cháy. +Điều chế anhydrit axetic bằng Dehydrat hoá hai phân tử Axit axetic để từ đó sản xuất ra tơ axetat và sợi nhân tạo: 2CH3COOH à (CH3CO)2O (loại một phân tử nước) +Chuyển hóa etylen thành vinyl axetat với hiệu suất 97% trong đó paladi clorua bị khử bởi etylen trong dung dịch Axit axetic và natri axetat C2H4 + PdCl2 + 2CH3COONa à CH2=CH – OCOCH3 + 2NaCl + Pd + CH3COOH. Đây là dạng phản ứng oxy hoá các olefin trong dung môi axit axetic để tạo các este không no như vinyl axetat và propenyl axetat – một phản ứng quan trọng trong công nghiệp của Axit axetic. Axit axetic có thể được nhận biết bởi mùi đặc trưng của nó. Phản ứng biến đổi màu đối với các muối của axit axetic là cho tác dụng với dung dịch sắt(III) clorua, phản ứng này tạo ra màu đỏ đậm sau khi axit hóa. Khi nung nóng các axetat với arsen trioxit tạo ra cacodyl oxit, chất này có thể được nhận biết bởi các hơi có mùi hôi. Ứng dụng và sản xuất *Ứng dụng Axit axetic có ứng dụng rất rộng rãi trong thực tế, gồm: Sản xuất monome vinyl axetat Ứng dụng chủ yếu của axit axetic là sản xuất monome vinyl axetate. Ứng dụng này tiêu thụ khoảng 40% đến 45% sản lượng axit axetic trên thế giới. Phản ứng có sự tham gia của etylen với ôxy và chất xúc tác là palladi. 2 H3C-COOH + 2 C2H4 + O2  → 2 H3C-CO-O-CH=CH2 + 2 H2O Vinyl axetate có thể được polyme hóa tạo thành polyvinyl axetat hoặc thành các polyme khác ứng dụng trong sơn và chất kết dính. Sản xuất este Các este chính sản xuất từ axit axetic được sử dụng chủ yếu làm dung môi cho mực, sơn và chất phủ. Các este như ethyl axetat, n-butyl axetat, isobutyl axetat, và propyl axetat, chúng được sản xuất một cách đặc biệt bằng phản ứng có xúc tác từ axit axetic và rượu tương ứng: H3C-COOH + HO-R → H3C-CO-O-R + H2O, (R = nhóm ankyl tổng quát]]) Tuy nhiên, hầu hết este axetat đượ sản xuất từ acetaldehyt bằng phản ứng Tishchenko. Thêm vào đó, các ete axetat được sử dụng làm các dung môi để loại bỏ nitrocellulose, sơn acrylic, véc-ni, và chất tẩy gỗ. Đầu tiên, glycol monoete được tạo ra từ etylene oxit hoặc propylen oxit với rượu, sau đó chúng được este hóa với axit axetic. Ba sản phẩm chính là etylen glycol monoetyl ete axetat (EEA), etylen glycol mono-butyl ete axetat (EBA), và propylen glycol mono-metyl ete axetat (PMA). Ứng dụng này tiêu thụ khoảng 15% đến 20% sản lượng axit axetic thế giới. Các ete axetat, ví dụ như EEA, được cho là có hại đối với sức khỏe sinh sản con người. Axetic anhydrit Sản phẩm tách phân tử nước từ hai phân tử axit axetic tạo thành một phân tử gọi là axetic anhydrit. Sản xuất axetic anhydrit trên thế giới là một ứng dụng chính chiếm khoảng 25% đến 30% sản lượng axit axetic toàn cầu. Axetic anhydrit có thể được sản xuất trực tiếp bằng cacbonyl hóa metanol từ axit, và các nhà máy sản xuất theocông nghệ Cativa có thể được điều chỉnh để sản xuất anhydrit. Axetic anhydrit là một chất acetyl hóa mạnh. Vì vậy, ứng dụng chính của nó là tạo cellulose acxtat, một chất dệt tổng hợp cũng được dùng trong phim chụp ảnh. Axetic anhydrit cũng là một chất phản ứng dùng để sản xuất aspirin, heroin, và các hợp chất khác. Giấm Ở dạng giấm, các dung dịch axit axetic (nồng độ khối lượng của axit 4% đến 18%) được dùng trực tiếp làm gia vị, và cũng làm chất trộn rau và trong các thực phẩm khác. Giấm ăn (table vinegar) thì loãng hơn (4% đến 8%), trong khi loại giấm trộn thương mại thì nồng độ cao hơn. Lượng axit axetic dùng làm giấm không chiếm tỉ lệ lớn trên thế giới, nhưng là một ứng dụng nổi tiếng và được dùng từ rất lâu. Làm dung môi Axit axetic băng là một dung môi protic phân cực tốt. Nó thường được dùng làm dung môi tái kết tinh cho các hợp chất hữu cơ tinh khiết. Axit axetic tinh khiết được dùng làm dung môi trong việc sản xuất axit terephthalic (TPA), một nguyên liệu thô để sản xuất polyetylen terephthalat (PET). Năm 2006, khoảng 20% axit axetic được dùng để sản xuất TPA. Axit axetic thường được dùng làm dung môi cho các phản ứng liên quan đến cacbocation, như Friedel-Crafts alkylation. Ví dụ, một giai đoạn trong sản xuất long nãotổng hợp thương mại liên quan đến sự tái sắp xếp Wagner-Meerwein của tạo amfen isobornyl axetat; ở đây axit axetic đóng vai trò vừa là dung môi, vừa là chất ái nhân để giữ carbocation tái sắp xếp. Axit axetic là dung môi tự chọn khi giảm một nhóm nitơ aryl tạo anilin bằng cách sử dụng cacbon mang palladi. Axit axetic băng được sử dụng trong hóa phân tích để ước tính các chất có tính kiềm yếu như các amit hữu cơ. Axit axetic băng có tính bazơ yếu hơn nước, vì vậy amit ứng xử như một bazơ mạnh trong dung dịch axit trung bình này. Sau đó nó có thể được chuẩn độ bằng cách sử dụng một dung dịch axit axetic băng của một axit rất mạnh như axit percloric. Các ứng dụng khác Các axit axetic loãng cũng được dùng tạo độ chua nhẹ. Ví dụ như trong quy mô gia đình, nó được dùng làm chất tẩy cặn vôi từ vòi nước và ấm đun nước. Các dung dịch axit axetic băng loãng có thể được dùng trong các phòng thí nghiệm lâm sàng để dung giải các hồng cầu cũng như đếm bạch cầu. Một ứng dụng lâm sàng khác là dung giải các hồng cầu, mà có thể làm mờ các thành phần quan trọng khác trong nước tiểu khi phân tích dưới kính hiển vi. *Sản xuất: Axit axetic được sản xuất theo cả hai phương pháp sinh học và tổng hợp. Ngày nay, lượng axit sản xuất theo phương pháp sinh học chỉ chiếm khoảng 10% sản lượng thế giới, nhưng nó vẫn là một phương pháp quan trọng dùng để sản xuất giấm, theo các luật về độ tinh khiết thực phẩm ở một số quốc gia quy định rằng giấm sử dụng trong thực phẩm phải có nguồn gốc từ sinh học. Khoảng 75% axit axetic được sản xuất công nghiệp được dùng để sản xuất theo phương pháp cacbonyl hóa metanol. Khoảng 15% còn lại được sản xuất từ các phương pháp thay thế khác.  Tổng sản lượng axit axetic giấm ước tính khoảng 5 triệu tấn/năm, khoảng nửa trong số đó được sản xuất ở Hoa Kỳ. Sản lượng ở châu Âu khoảng 1 triệu tấn/năm và đang giảm, trong khi đó Nhật Bản sản xuất khoảng 0,7 triệu tấn/năm. Khoảng 1,5 triệu tấn được tái chế hàng năm, nâng tổng sản lượng trên thị trướng thế giới lên 6,5 triệu tấn/năm.  Hai nhà sản xuất axit axetic giấm lớn nhất là Celanese và Công ty hóa BP. Các nhà sản xuất lớn khác như Millennium Chemicals, Sterling Chemicals, Sam