Bài giảng Hóa kĩ thuật - Chương 10: Kỹ thuật tổng hợp một số chất hữu cơ

Nội dung text: Bài giảng Hóa kĩ thuật - Chương 10: Kỹ thuật tổng hợp một số chất hữu cơ

1. Chương 10: Kỹ thuật tổng hợp một số chất hữu cơ
2. 10.1 Sản xuất etanol (rượu etylic C2H5OH) 10.1.1 Khái niệm về etanol  Etanol là chất lỏng, sôi 78,30C, tan vô hạn trong nước  Nguyên liệu để điều chế axetandehit, etylen, etylaxetat, etylclorua, etylamin, 1,3-butadien  Dùng làm dung môi dược phẩm, nước hoa, pha xăng  Rượu etylic sản xuất từ ngũ cốc được dùng làm thực phẩm, pha chế nước uống
3. 10.1.2 Các phương pháp sản xuất  Phương pháp lên men  Nguyên liệu là tinh bột, rỉ đường, nước ép quả, dung dịch thải của nhà máy hoa quả amilaza 2(C6 H 10 O 5 )n nH 2 O  nC 12 H 22 O 11 30 – 350C mantozơ mantaza nC12 H 22 O 11 nH 2 O  2 C 6 H 12 O 6 30 – 350C glucozơ zimaza C6 H 12 O 6 nH 2 O  2 C 2 H 5 OH 2 CO 2 30 – 350C
4.  Phản ứng xảy ra trong khoảng 50 giờ  1 tấn ngũ cốc cho 250kg etanol và 260kg CO2, hỗn hợp chứa 8 – 12% etanol  Sau đó chưng cất thành rượu  CO2 là sản phẩm phụ  Bia chứa 3,5 – 5% rượu lên men từ đại mạch, hoa huflong, men  Rượu vang chứa 10 – 12% rượu lên men từ nước hoa quả  Phương pháp thủy phân gỗ  Gỗ có 50% xenloluzơ dùng H2SO4 để thủy phân thành glucozơ sau đó lên men thành rượu
5.  Phương pháp tổng hợp  Tổng hợp rượu etylic từ aldehit axetic CH3CHO + H2 → CH3CH2OH  Xúc tác là Ni/ chất mang đồng, nhiệt độ 180 – 2200C, hiệu suất chuyển hóa gần 100%  Rượu có nồng độ cao, giá thành đắt  Tổng hợp etylic từ etan 2C2H6 + O2 → 2C2H5OH  Áp suất thấp hơn khí quyển, nhiệt độ 2700C, hiệu suất 37%  Có nhiều sản phẩm phụ: metanol, anhydricfomic
6.  Tổng hợp etylic từ etylen CH2=CH2 + H2O → C2H5OH  Etylen là sản phẩm cracking dầu mỏ  Công nghệ hydrat hóa gián tiếp có axit sunfuaric  Giai đoạn 1 C2H4 + H2SO4 → C2H5OSO2OH monoetylsunfat 2C2H4 + H2SO4 → (C2H5O)2SO3 dietylsunfat  Phản ứng trong tháp hấp thụ 50 – 600C, 10 – 35at, nồng độ H2SO4 94 – 98%. Xúc tác Ag2SO4  Giai đoạn 2 C2H5-O-SO2 + H2O → C2H5OH + H2SO4 (C2H5O)2SO2 + H2O → 2C2H5OH + H2SO4
7.  Thủy phân ở nhiệt độ 70 – 1000C, axit tạo ra có nồng độ 45 – 60%  Nhiệt độ cao hình thành sản phẩm phụ dietylete C2H5-O-SO2 + C2H5OH → (C2H5)2O + H2SO4 (C2H5O)SO2 + C2H5OH → 2(C2H5)2O + H2SO4  Giảm sản phẩm phụ tách nhanh rượu ra hoặc dư nước để thủy phân ete. Xúc tác H2SO4 C2H5OC2H5 + H2O → 2C2H5OH  Hiệu suất đạt 86%  Công nghệ hydrat hóa trực tiếp etylen CH2=CH2 + H2O → C2H5OH  Pha khí nhiệt độ 3000C, áp suất 70at, xúc tác H3PO4/SiO2 hoặc WO3
8.  Sản phẩm là dung dịch rượu 15%, hiệu suất 97%  Sản phẩm phụ là andehyt và dietylete, oligom etylen 10.2 Sản xuất formandehit (andehit fomic HCHO) 10.2.1 Nguyên liệu  Nguyên liệu chủ yếu là metanol  Metanol được tổng hợp từ CO và H2 CO + H2 ⇋ CH3OH 0  Tỷ lệ CO/H2 là ½; nhiệt độ 350 – 400 C, áp suất 200 – 350at, xúc tác ZnO/Cr2O3 10.2.2 Sản xuất formandehit từ metanol  Phản ứng oxy hóa không hoàn toàn metanol CH3OH + 0,5O2 → HCHO + H2O
9.  Phản ứng xảy ra ở nhiệt độ 600 – 7200C, xúc tác Ag hoặc Cu  Quá trình có phản ứng phụ HCHO + 1/2O2 → HCOOH HCOOH + 1/2O2 → CO2 + H2O  Ngăn phản ứng phụ làm lạnh nhanh sản phẩm hấp thụ bằng nước tạo thành formandehit chứa 30 – 35% formandehit và 1 – 3% metanol 10.3 Sản xuất andehit axetic CH3CHO 10.3.1 Khái niệm andehit axetic  Chất lỏng dễ bay hơi, sôi ở 210C, hòa tan vô hạn trong nước  Độc hại tạo hỗn hợp nổ với không khí
10.  Nguyên liệu để sản xuất nhiều loại hóa chất  Điều chế từ axetilen và etilen hoặc đề hydro hóa etanol hoặc oxy hóa alkan 10.3.2 Sản xuất andihit axetic từ axetilen  Nguyên liệu  Axetilen được sản xuất từ CaC2, nhiệt phân metan hoặc các sản phẩm lỏng của chưng cất dầu mỏ  Cracking nhiệt hoặc điện 2CH4 → C2H2 + 3H2 C2H6 → C2H2 + 3H2  Nhiệt độ 16000C sản phẩm tạo thành 13 – 14% axetilen
11.  Nhờ dung môi hấp thụ chọn lọc để tách khỏi sản phẩm phụ  Phản ứng hydrat hóa axetilen CH≡CH + H2O → CH3CHO 0 Nhiệt độ 70 – 95 C; xúc tác (HgO 0,5 – 1%;H2SO4 10 – 20% Tránh tạo sản phẩm phụ phải đưa nhanh sản phẩm ra ngoài vùng phản ứng 10.3.3 Sản xuất andehit axetic từ etylen 2CH2=CH2 + O2 → 2CH3CHO Xúc tác PdCl2/CuCl2/HCl
12.  Dây chuyền một giai đoạn  Etylen và oxy sạch đưa vào tháp ở 120 – 1300C, áp suất 3 at  Hiệu suất 90%  Dây chuyền hai giai đoạn  Giai đoạn 1: etylen và không khí vào ống phản ứng, nhiệt độ 105 – 1100C, áp suất 10 at chuyển hóa bằng nước để tạo thành axetandehit đi làm sạch hấp thụ → sản phẩm thô  Giai đoạn 2: phục hồi dung dịch xúc tác: nhiệt độ 1000C, áp suất 10 at, đưa về ống phản ứng  Phương pháp hai giai đoạn có hiệu suất cao
13. 10.4 Sản xuất axit axetic CH3COOH 10.4.1 Khái niệm về axit axetic  Nóng chảy ở 16,60C, sôi 1180C, tan vô hạn trong nước, hòa tan nhiều chất hữu cơ  Hóa chất cơ bản để tổng hợp hữu cơ  Dung môi quan trọng trong sản xuất sợi Polieste 10.4.2 Các phương pháp sản xuất axit axetic  Tổng hợp từ cacbonoxit và metanol CH3OH + CO → CH3COOH 0  Xúc tác CoI2, nhiệt độ 250 C, áp suất 680at  Hiệu suất đạt 90%
14.  Sản xuất axit axetic từ andehit axetic -H2 O +H 2 O 2CH3 CHO+O 2 (CH 3 CO) 2 O  2CH 3 COOH  Xúc tác Co hoặc Mn axetat 0,05 – 0,1%, nhiệt độ 50 – 700C. Hiệu suất 95 – 97% 10.5 Sản xuất vinyl clorua CH2=CHCl 10.5.1 Khái niệm  Nhiệt độ đóng rắn -150,70C, sôi -130C, mùi ete  Tạo hỗn hợp nổ với không khí giới hạn 4 – 21,7% thể tích  Không tan trong nước, tan nhiều trong dung môi hữu cơ
15.  Dùng để tổng hợp P.V.C  Đồng trùng hợp với các monome khác → Polime  Dùng để sản xuất sợi, sơn chịu ăn mòn  Nguyên liệu để sản xuất các dung môi 10.5.2 Các phương pháp sản xuất  Từ axetilen CH≡CH + HCl → CH2=CHCl Nhiệt độ 140 – 2000C; áp suất 1,5 at; xúc tác 5 – 10% HgCl2/than hoạt tính. Hiệu suất 98%  Từ etilen CH2=CH2 + Cl2 → CH2Cl – CH2Cl Hoặc CH2=CH2 + HCl + 0,5O2 → ClCH2 – CH2Cl + H2O
16.  Sau đó dehidro hóa CH2Cl – CH2Cl → CH2=CHCl Nhiệt độ 500 – 6000C, áp suất 25 – 35at, xúc tác than hoạt tính
17. 10.7. Chất hoạt động bề mặt và chất tẩy rửa tổng hợp. 10.7.1. Chất hoạt động bề mặt: - Chất làm giảm sức căng bề mặt giới hạn giữa nước – không khí, nước – chất lỏng kỵ nước, nước – chất rắn. - Phân tử chất hoạt động bề mặt có một nhóm kỵ nước là một nhóm ưa nước tạo thành chất nhũ hóa. - Chia thành 4 loại: anion, cation, không ion và lưỡng cực.
18.  10.7.2. Chất tẩy rửa. - Chất làm sạch vải sợi, dụng cụ, bát đĩa, máy móc - Chia thành chất tẩy rửa chuyên dụng và đa năng. - Chất tẩy rửa chuyên dụng làm sạch loại hàng len dạ: chứa Alkyl sinfat, monoalkyl oligome etylen glicol và chất hoạt động dạng không ion. - Chất tẩy rửa đa năng chủ yếu là chất hoạt động bề mặt và chất làm tăng hoặc kiềm hãm tạo bọt. - Một số chất tẩy rửa làm thay đổi vàng hấp thụ ánh sáng của vải sợi.
19. CHƯƠNG 10 10.8. Tổng hợp thuốc nhuộm: - Hợp chất hữu cơ có màu, bắt màu hoặc gắn màu trực tiếp vào vật liệu khác. - Nhuộm vật liệu ưa nước người ta dùng thuốc hòa tan trong nước. - Nhuộm loại vật liệu kỵ nước và dẻo dùng vật không tan trong nước.
20. CHƯƠNG 10 * Thuốc nhuộm azo. - Loại thuốc chứa một hay một số nhóm azo (-N = N-), liên kết với gốc thơm. - Phương pháp sản xuất là thực hiện liên tiếp phản ứng điazo hóa và tiếp vĩ.
21. CHƯƠNG 10 * Thuốc nhuộm antraquinon. - Thuốc nhuộm có độ bền màu cao. - Gốc màu là nhân antraquinon
22. CHƯƠNG 10 * Thuốc nhuộm phtaloxiamen. - Thuốc nhuộm hữu cơ không hòa tan trong nước và một số chất vô cơ có màu như oxit hoặc muối kim loại (pigment) - Thuốc nhuộm hòa tan trong nước.
23. CHƯƠNG 10 10.9. Công nghệ enzim - Enzim là chất xúc tác sinh học đặc biệt có bản chất là protein. - Enzim là loại protein đặc biệt đóng vai trò xúc tác sinh học, thủy phân thu được 20 axit amin. -
24. CHƯƠNG 10 Enzim điện phân loại như protein có loại đơn giản có loại phức tạp. - Đặc điểm của enzom có tính xúc tác chọn lọc, phụ thuộc vào nhiệt độ, môi trường pH. - Enzim được sử dụng trong công nghiệp chế biến thực phẩm, kỹ thuật lên men, cố định đạm, y học, nông nghiệp.