Đề tài: Tổng quan về dicloetan

ĐỀ TÀI: TỔNG QUAN VỀ DICLOETAN (Ethylene dichloride - EDC) GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền SVTH: Đặng Thanh Phong Trần Đình Thanh Nguyễn Duy Linh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Viện Khoa Học Kỹ Thuật Bộ môn Công nghệ Hữu Cơ – Hóa Dầu DICLOETAN CTHH: ClCH2-CH2Cl Được tổng hợp lần đầu tiên năm 1975,đến nay dicloetan là 1 Hợp chất hóa học được tổng hợp với qui mô lớn Tốc độ phát triển hiện nay Tăng 10% so với 20 năm trước Đây. Tính chất vật lý Là chất lỏng có t0s=83,70C, là một dung môi tốt nhưng được sử dụng hạn chế vì tương đối độc. Là một chất lỏng dễ cháy, khi cháy có thể dập tắt dễ dàng bằng nước. Không tan trong nước, tạo dung dịch đẳng phí sôi ở 720C và có chứa 19,5% nhựa, cao su, lưu huỳnh, iot và photpho vàng. Tan nhiều trong các dung môi hữu cơ. Tính chất hóa học Dicloetan tinh khiết rất bền ngay khi ở nhiệt độ cao và có mặt của Fe, ở 3400C thì phân hủy tạo VC, hydroclorua và một lượng nhỏ axetylen. Tại nhiệt độ thường edc bị phân hủy dần dần (rất lâu) bởi độ ẩm và tia cực tím → thêm các chất ổn định, hầu hết là các amin. Quá trình oxy hóa không hoàn toàn, nhiệt phân chuyển edc → HCl, CO. Trong phân tử edc có 2 ngtử clo linh động nên có khả năng tham gia nhiều phản ứng hóa học Thủy phân edc → etylenglycol, 2000C, 15 at Cl-CH2-CH2-Cl + 2H20 HOCH2-CH2OH + 2HCl Etylenglycol được sử dụng nhiều trong công nghiệp sản xuất sợi tổng hợp, chất nổ. Tác dụng với kiềm → VC Cl-CH2-CH2Cl + NaOH → CH2=CHCl + NaCl + H2O Tác dụng với NH3 → Etylendiamin, 1200C ClCH2-CH2Cl + NH3 → H2N-CH2-CH2-NH2 + NH4Cl Tác dụng với tetrasunfitnatri → cao su tổng hợp loại mạch thẳng, đgl cao su sunfit hay thiocol Tác dụng với NaCN tạo a.Sucxinic ClCH2-CH2Cl + NaCN CNCH2-CH2CN + 2NaCl CNCH2-CH2CN + 2H2O CH2COOH + 2 NH3 CH2COOH Tác dụng với axetanatri → Etylenglycoldiaxetat CH3COOCH2-CH2COOCH3 Tác dụng với clo → Vinylydenclorit ClCH2-CH2Cl + Cl2 → CH2=CCl2 + HCl Phương pháp sản xuất 1,2-Dicloetan là một sản phẩm của pư cộng hợp khi clo hóa etylen Yếu tố ảnh hưởng Nhiệt độ : các phản ứng halogen hóa là pư tỏa nhiệt mạnh(t0 cao có thể phân hủy các hc, tạo đkiện cho pư thế clo hình thành nên cơ chế chuỗi gốc) → khống chế nhiệt pư. Thành phần khí: độ tinh khiết, sự có mặt của oxy, tỉ lệ Cl:C2H4 … Xúc tác: tăng tốc độ phản ứng, tăng độ chọn lọc về phía sản phẩm chính Clo hóa trực tiếp etylen trong pha khí Tiến hành pư clo hóa cùng với nhiệt phân tách HCl. Cl2, C2H4 liên tục được thổi vào tbị. Nhiệt độ, thời gian phản ứng được duy trì không đổi trong tbị trong suốt quá trình. Sự truyền nhiệt không đồng đều, vận tốc phản ứng nhỏ do đó khó khống chế nhiệt độ pư, tbị phản ứng phức tạp → không được sử dụng trong công nghiệp. PP Clo hóa trực tiếp etylen trong pha lỏng CH2=CH2 + Cl2 → ClCH2-CH2Cl Phần lớn trong môi trường dicloetan lỏng. Nguyên liệu: + Etylen, clo có độ tinh khiết cao. Sấy clo trước khi đưa vào tbị pư. + Oxy → ức chế phản ứng thế của dicloetan FeCl3, 0,3 – 0,5.106 Pa Tỉ lệ Cl2/C2H4 = 1 Công nghệ clo hóa nhiệt độ thấp (LTC) Thiết bị phản ứng hình trụ có cánh khuấy, tách nhiệt bằng tuần hoàn làm lạnh ngoài. Trong bộ phận tinh chế, nước được thêm vào để tăng cường quá trình tách xúc tác FeCl3. Ưu: t0 pư thấp đồng thời tách nhiệt bằng làm lạnh ngoài nên ít tạo sản phẩm phụ, thiết bị pư đơn giản, dễ khống chế nhiệt pư. Dicloetan có độ tinh khiết cao, hiệu suất dicloetan cao, độ chuyển hóa đạt 100% với clo và độ chọn lọc của etylen có thể đạt tới 99%. Nhược: Phải tách xúc tác khỏi khối phản ứng, tốn nhiều năng lượng cho quá trình chưng tách nước trong sản phẩm Công nghệ clo hóa nhiệt độ cao (HTC) Là một xu thế mới trong công nghệ tổng hợp hc-hd hiện nay do không phải tách xúc tác khỏi khối pư, nhiệt pư được sử dụng để bốc hơi dicloetan và chưng tách hỗn hợp pư. Nguyên liệu: có thêm EDC khô từ quá trình oxyclo hóa hoặc tuần hoàn từ phân đoạn Vinylclorua Ưu: Hiệu suất của quá trình đạt được có thể so sánh với clo hóa trực tiếp ở nhiệt độ thấp nhưng tiêu tốn năng lượng thấp hơn nhờ tận dụng nhiệt cho quá trình bốc hơi dicloetan. Độ chuyển hóa hoàn toàn Nhược: thiết kế tbị phản ứng phức tạp, PP Oxy Clo hóa etylen trong pha khí Tận dụng nguồn HCl từ nhiều quá trình sx clo hóa - HCl từ cracking dicloetan: quan tâm tới hàm lượng axetylen (xu hướng hình thành các sản phẩm phụ clo hóa cao hơn và nhựa). - HCl từ quá trình clo hóa các HR khác như 1,1,1-tricloetan có thể được sdụng nếu chú ý các chất độc xt như flo và các hợp chất của S. Xúc tác: CuCl2/Al2O3, chất trợ xúc tác là muối clo kiềm, kiềm thổ, clorua nhôm → làm giảm sự bay hơi của muối đồng, hình thành nên hỗn hợp đồng Tectic làm hạ t0nc → có lợi cho tốc độ pư, đồng thời hạn chế pư tạo monocloetan. Cơ chế phản ứng : Giai đoạn I: Clo hóa etylen bởi CuCl2: CH2=CH2 + CuCl2 → ClCH2-CH2Cl + Cu2Cl2 Giai đoạn II: Tái sinh xúc tác Cu2Cl2 + 2HCl + 1/2O2 → 2CuCl2 + H2O Phản ứng tổng: CH2=CH2 + 2HCl + 1/2O2 → ClCH2-CH2Cl + H2O - 295 KJ/mol 200-3000C, 0,1-1Mpa Độ chuyển hóa với HCl và etylen ở 93-97%, t=0,5-40s, độ chọn lọc của dicloetan ở 91-96%. Sản phẩm phụ: - monocloetan: cộng trực tiếp HCl với C2H4 - Vinylclorua: cracking dicloetan - 1,1,2 tricloetan: clo hóa dicloetan, cộng clo vinylclorua …. - sản phẩm oxy hóa: axetaldehyt, clorat, CO2, HCOOH Số lượng sản phẩm phụ thu được thay đổi theo điều kiện xúc tác và phản ứng 1 số phương pháp sx khác Dicloetan có thể được sản xuất từ một số pp khác tuy nhiên không được sử dụng trong công nghiệp - từ etanol: quá trình được phát triển bởi công ty Monsanto, tuy nhiên do giá thành etanol quá cao nên ít được ứng dụng. - edc cũng là sản phẩm phụ của quá trình sản xuất Oxyran tuy nhiên do hiệu suất edc thu được thấp nên qtrình này cũng không quan trọng trong công nghệ sản suất edc Ứng dụng Khoảng 80% tổng lượng dicloetan tạo ra được sử dụng để làm nguyên liệu sản xuất VC ClCH2-CH2Cl → CH2=CHCl + HCl HCl tạo ra được tái sử dụng quay lại làm nguyên liệu cho sản xuất dicloetan thông qua quá trình oxy clo hóa etylen. Khoảng 10% được sử dụng để sản xuất các dung môi như 1,1,1-tricloetan, tri và tetracloethylen Ứng dụng khác Có tác dụng gây mê, nồng độ cho phép trong không khí 0,01%. Được dùng rộng rãi làm dung môi (trong các quá trình chiết, khử dầu mỡ ở da và lông thú) Chất tẩy sạch trong công nghiệp dệt, công nghiệp pha sơn, làm sạch kim loại trước khi mạ Crom, Niken Là thành phần của hỗn hợp kháng nổ. Nguyên liệu để điều chế tiocol (một loại hợp chất tương tự cao su). Dicloetan cũng có thể được thêm vào xăng pha chì như một chất chống muội cho nhiên liệu An toàn EDC là một chất độc dễ cháy và nguy hiểm do vậy cần phải xử lí cẩn thận. Theo OSHA (The Occupational Safety and Health Association): nồng độ giới hạn cho phép tiếp xúc ngắn (nồng độ STEL) ở giới hạn cho phép là 50 ppm. Tương tự, hiệp hội Vệ sinh công nghiệp Mỹ (ACGIH) xác định ở mức 10 ppm. Là chất dễ cháy nên cần phải chú ý trong quá trình tồn chứa, bảo quản tránh để tiếp xúc với ngọn lửa hoặc nguồn nhiệt có năng lượng cao. Khi cháy có thể dập tắt bằng nước, hóa chất khô, bọt, hoặc CO2 Khu vực làm việc cần phải có các biện pháp phòng cháy tốt, thông thoáng, thông gió tốt để giảm thiểu nguy cơ cháy nổ cũng như gây ngộ độc do sự tăng nồng độ của dicloetan trong không khí Tồn trữ, bảo quản Bể chứa phải đảm bảo kín, kiểm tra rò rỉ thường xuyên trong quá trình sử dụng Các bể chứa sản phẩm khác cũng có thể sử dụng lại để chứa dicloetan tuy nhiên cần phải làm sạch triệt để, sấy khô nước trước khi đưa vào sử dụng Các bể chứa cần phải sơn màu trắng, hoặc các màu sáng tránh làm tăng nhiệt độ của bồn, bể chứa Tài liệu tham khảo Phạm Thanh Huyền, Nguyễn Hồng Liên. Công nghệ tổng hợp hữu cơ hóa dầu, NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội, 9/2006 Wolgany Gerhartx . Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemitry , Vol A6 ,1997 Oxychem, Technical information. Ethylene dichloride (EDC) Handbook, 7/2012