Công nghệ sản xuất Nitrobenzen và Anilin

Công nghệ sản xuất Nitrobenzen và AnilinNhóm thực hiện : Lê Anh Tuấn Lê Thanh Hải Lưu Bá Mạnh Bùi Văn Mạnh Nguyễn Hà MinhTính chất lý hóa NB và AnilinNguyên liệu sản xuấtCông nghệ sản xuất nitrobenzenCông nghệ sản xuất AnilinLựa chọn công nghệTính chất lý hóa NBTrạng thái : Lỏng , không màu , có mùi hạnh nhân và rất độcTrong công nghiệp Nitrobenzen có màu vàngNitrobenzen tan được trong hầu hết các dung môi hữu cơ và tan lẫn với benzen theo mọi tỉ lệCTPT: C6H5NO2Tính chất lý hóa NBPhản ứng Nitrobenzen bị khử hóa bởi Hydro trong môi trường axitPhản ứng Nitrobenzen bị khử hóa bởi Hydro trong môi trường kiềmTính chất lý hóa NBPhản ứng thế electronphil trong nhân thơm của NBNhóm NO2 là nhóm hút điện tử làm phản hoạt hóa vòng benzen dẫn tới khả năng tham gia phản ứng thế vào vòng giảm. Khi trong điều kiện nhiệt độ xúc tác thích hợp thì NB sẽ bị thế vào vị trí meta.Cơ chế :Tính chất lý hóa NBNB co thể bị khử bởi hydro với xúc tác NiTính chất lý hóa AnilinBiểu đồ sản lượng nitrobenzene qua các năm của Hoa Kỳ (ngàn tấn/năm)Tính chất lý hóa AnilinCTPT: C6H5NH2Khối lượng :Trạng thái : Anilin tồn tại ở dạng lỏng cũng là một chất rất độc có mùi sốc, ít tan trong nước, tan vô hạn trong rượu,ete và benzenTrong công nghiệp anilin được điều chế từ nitrobenzen. Tới 95% lượng nitrobenzen được dùng sản xuất anilinTính chất lý hóa AnilinCộng dung dịch nước Br2Để thu sản phẩm 1 lần thế người ta phải giảm bớt hoạt động của nhóm –NH2Tính chất lý hóa AnilinPhản ứng nitro hóa thu được sản phẩm thế vị trí metaPhản ứng Sunfo hóa thu được axit SunfanilicTính chất lý hóa AnilinPhản ứng với axit pecacboxilicPhản ứng với các axit loãng tạo muốiPhản ứng với axit nitro trong môi trường axit ở nhiệt độ thấp tạo muối diazoni Tính chất lý hóa AnilinPhản ứng thế của nguyên tử hydro trong nhóm aminoỨng dụng của Anilin1Sản xuất polyme như polyurethane 2Sản xuất phẩm nhuộm3Sản xuất Thuốc chữa bệnh1Nguyên liệu sản xuấtNguyên liệu benzenBenzen có công thức phân tử C6H6Ở điều kiện thường là chất lỏng không màu, có mùi đặc trưng và rất độc. Ở nhiệt độ thấp benzen đóng rắn ở dạng tinh thể màu trắngBenzen là chất không phân cực, có khả năng hòa tan tốt trong dung môi hữu cơ và tan kém trong nước.Benzen có thể tạo hỗn hợp nổ với không khí . Khi cháy benzen tạo muộiNguyên liệu benzenBenzen là một hợp chất thơm bền dễ thế khó cộngBenzen có cấu trúc vòng bền nhờ sự xen phủ cộng hưởng obitan π. Do đó khó tham gia các phản ứng cộng hơn các hợp chất chưa no khác như anken hay ankin. Phản ứng cộng của benzene xảy ra ở điều kiện khắc nghiệt nhiệt độ, xúc tác, áp suất.Nguyên liệu benzenỞ nhiệt độ cao, benzen bị oxi hóa thành anhydric maleic với sự có mặt của xúc tác V2O5Nguyên tử hydro trong benzen dễ bị thay thê bằng clo và các halogen khác bằng các nhóm sunfo-, amino-, nitro- và các nhóm định chức khác.Ứng dụng của benzenNguồn thu benzenTrong công nghiệp, nguồn cung cấp BTX quan trọng khác là từ quá trình cracking xúc tác, sản phẩm của quá trình reforming xúc tác naphtha , sản phẩm quá trình cylar.Hydrocacbon thơm cũng có thể thu được từ nguồn không phải dầu mỏ, thực tế, khoảng 10% [1] lượng hydrocacbon thơm tiêu thụ trên thế giới ngày nay được sản xuất từ than đá đó là sản phẩm phụ của quá trình cốc hóa than đá.Benzen và các chất đồng đẳng của nó như toluen, xylen có thể được tìm thấy trong dầu thô nhưng với một lượng rất nhỏ, do đó, nếu chỉ sử dụng các quá trình phân tách vật lý để thu hồi chúng từ nguồn này sẽ không đem lại hiệu quả kinh tế cao.axit nitric và axit sunfuricAxít nitric là một axít mạnh, và là axit chỉ có một sự phân ly.Axit nitric thể hiện đầy đủ tính chất của một axit mạnh.Ngoài ra axit nitric có tính oxi hóa mạnh và có thể oxi hóa nhiều chất khó oxi hóaTrong công nghiệp axit nitric thường được điều chế từ nitơ không khí. Đó là nguồn nguyên liệu rẻ tiền và dễ kiếmXúc tác axit sunfuric đặc là một chất oxi hóa mạnh, háo nướcTrong công nghiệp người ta điều chế axit sunfuric đi từ lưu huỳnhLưu huỳnh SO2 SO3 H2SO4Công nghệ sản xuất NBNitro hóa bằng axit nitric tinh khiếtNhược điểm :Nước tạo ra trong quá trình sẽ làm loãng nồng độ của HNO3. Khi nồng độ giảm tới một trị số xác định thì phản ứng thực tế không thể xảy ra nữa. Vì vậy để tăng cường vận tốc nitro hoá thì tăng nhiệt độ lên nhưng lúc đó thì sinh ra các sản phẩm phụ không mong muốnCông nghệ sản xuất NBNitro hoá bằng hỗn hợp axit sunfonitricHỗn hợp axit dùng để nitro hoá bao gồm axit nitric, axit sufuric và nước, hỗn hợp này có tên gọi là sunfonitric. Hỗn hợp này mạnh hơn HNO3 rất nhiều và là phương pháp thông dụng nhất hiện nayƯu điểm :- Sử dụng được hoàn toàn HNO3.- Giảm bớt được quá trình oxi hoá của HNO3 đến mức tối thiểu.- Có thể dùng lại axit để làm việc- Có thể nitro hoá ở nhiệt độ cao hơn so với các phương pháp khác- Axit sunfuric giúp cho quá trình tạo ra NO2+ nhanh, tăng vận tốc phản ứng.- Hiệu suất đạt tương đối cao, lên đến 98% lại không cần dùng HNO3 tinh khiết, ngoài ra axit sunfuric còn có thể dùng các tác nhân khác để hút nước như BF3, P2O5Công nghệ sản xuất NBNitro hoá bằng muối của HNO3Khi cần nitro hoá với nồng độ axit nitric cao, dung dịch nước của HNO3 không đáp ứng, người ta có thể dùng hỗn hợp muối nitrat và axit sufuric ở thể hoàn toàn khan nướcNhược điểm :+ Không thể sử dụng cặn thừa của quá trình là NaHSO4, nếu ta dùng NH4NO3 thì tốt hơn.+ Nếu dùng HNO3 để nitro hoá toluen thì sản phẩm tự oxi hoá là metanitrobenzen andehyt. Hiệu suất của nó tăng theo sự tăng của nhiệt độ.Ưu điểm :+ Môi trường tuyệt đối không có nước + Hầu như không có quá trình oxi hoá, không có HNO3Công nghệ sản xuất NBHỗn hợp của axit nitric với CH3COOH hay alhydric axetic là hỗn hợp tác nhân nitro hoáNitro hoá khi có thêm CH3COOH hay alhydric axeticBan đầu tạo tác nhân electronphil :2HNO3 + (CH3CO)2O N2O5 + 2CH3COOHN2O5 + (CH3CO)2O 2CH3COONO2- Sau đó quá trình nitro hoá xảy ra như sau :C6H6 + CH3COONO2 C6H5NO2 + CH3COOHKhi sử dụng alhydric axetic thì nó có khả năng hút nước giúp duy trì được nồng độ axit nitric trong phản ứngCông nghệ sản xuất NBNitro hoá bằng oxit nitơQuá trình này thường được dùng thêm tác nhân phụ trợ nhờ AlCl3 hay FeCl3Ưu điểm :-Hiệu quả kinh tế cao-Tiết kiệm được công đoạn sản xuất axit nitric từ oxit nitơ rồi lại dùng H2SO4 để hút nướcNhược điểm :Chỉ dùng được ở gần nơi sản xuất axit nitricCông nghệ sản xuất NBCơ sở hóa học quá trình nitro hóa benzen :Cơ chế :Bảng hàm lượng NO2+ trong dung dịch HNO3Công nghệ sản xuất NBCác yếu tố ảnh hưởng :1.Ảnh hưởng của HNO3 :Khi tăng lượng HNO3 có lợi cho phản ứng (vì tạo ra nhiều ion nitronyl) và làm tăng hiệu suất, ngược lại khi giảm lượng HNO3 hiệu suất phản ứng sẽ giảm và lượng benzen không phản ứng sẽ tăng lên. Như vậy lượng HNO3 tăng sẽ làm tăng nhanh vận tốc phản ứng2.Ảnh hưởng của H2SO4Axit H2SO4 chủ yếu dùng để hút nước sinh ra trong quá trình phản ứng để giữ nồng độ HNO3 với mục đích duy trì tốc độ phản ứng.Tại mỗi nhiệt độ khác nhau sẽ có một nồng độ HNO3 khiến vận tốc phản ứng cực đại nên tại mỗi nhiệt độ khác nhau nồng độ H2SO4 để phản ứng đạt vận tốc cực đại cũng khác nhau.Công nghệ sản xuất NB3.Ảnh hưởng của nhiệt độ :Phản ứng nitro hoá là phản ứng toả nhiệt mạnh, nhiệt toả ra này gồm 2 phần chính đó là nhiệt phản ứng và nhiệt toả ra do sự hoá loãng axit sunfuric của nước.Nitro hoá các hợp chất thơm ở thể lỏng được thực hiện ở nhiệt độ thấp hơn -10-170oC.Khi nhiệt độ tăng lên 10oC thì vận tốc phản ứng nitro hoá sẽ tăng lên 2-3 lần.Nhưng nhiệt độ cao sẽ tạo ra nhiều tạp chấtỞ nhiệt độ 86oC đã vượt qua nhiệt độ sôi của HNO3 và khi đó HNO3 bị phân hủy gây tốn axit cho phản ứng.Quá trình nitro hoá cũng không nên tiến hành ở nhiệt độ quá thấp vì ở nhiệt độ này thì sản phẩm có thể kết tinh lại, khối phản ứng đóng quánh lại và đóng trên bề mặt truyền nhiệt một lớp cặn gây cản trở quá trình trao đổi nhiệt dẫn tới kéo dài thời gian phản ứng.Thực tế quá trình nitro hoá tốt nhất ở trong khoảng nhiệt độ từ 40-60oCCác yếu tố ảnh hưởng :Công nghệ sản xuất NB4.Ảnh hưởng của việc khuấy trộn và làm lạnhTốc độ khuây trộn có ảnh hưởng mạnh tới hiệu suất phản ứng. Do phản ứng diễn ra phần lớn ở pha axit nên nếu khuấy trộn không đều có thể chỉ xảy ra phản ứng trên bề mặt phân chia pha.Khuấy trộn còn tránh gây hiện tượng quá nhiệt cục bộViệc kết hợp giữa khuấy trộn và làm lạnh có ảnh hưởng mạnh tới hiệu suất quá trình và năng suất thiết bị.5. Ảnh hưởng của dung lượng khử nước (DLKN)Trong quá trình phản ứng nước sẽ được sinh ra và thường xuyên hoá loãng axit (cả HNO3 lẫn H2SO4),việc hoá loãng này sẽ đạt tới một giới hạn mà ở đó vì nồng độ axit thấp hơn yêu cầu, nên phản ứng không thể nào xảy ra được nữa.Mỗi chất kh ác nhau giá trị giới hạn đó cũng khác nhau. Vì vậy cần phải tính toán sao cho để khi phản ứng kết thúc nồng độ axit H2SO4 vẫn đủ lớn. Các yếu tố ảnh hưởng :Công nghệ sản xuất NB Sản xuất Nitrobenzen bằng phương pháp liên tục hai bậc1,5. Thiết bị hydro hóa tác dụng liên tục; 2,4,6. Thiết bị phân ly; 3. Thiết bị nitro hóa benzen; 7. BơmCông nghệ sản xuất NBCông nghệ nitro hóa liên tục pha hơi theo phương pháp Othmer1,2.Thùng chứa; 3. Thiết bị nitro hóa benzen; 4.Làm lạnh ; 5,7. Thiết bị tách pha; 6.Nồi bốc hơi; 8.Tháp chưng; 9.Bơm ; 10.Nồi bôc hơiCông nghệ sản xuất NBSản xuất nitrobenzen theo phương pháp liên tục1,2.Thiết bị nitro hóa; 3. Thiết bị làm lạnh ;4. Thiết bị lắng ; 5.Thiết bị trung hòa; 6.Thiết bị rửa; 7. Thiết bị chiết ; 8. Bể lắng ; 9.BơmCông nghệ sản xuất AnilinAryl hóa ammoniac bằng Aryl halogenuaĐi từ phenol∆H= -8,4KJ/mol và xảy ra ở 370oC và 1,7MPaNhược điểm : Tốn thêm công đoạn sản xuất phenolCông nghệ sản xuất AnilinKhử Nitrobenzen trong môi trường axitNgười ta có thể dùng các tác nhân khác để tạo hydro mới sinh như LiAlH4.Đây là phương pháp được dùng phổ biến nhất trong công nghiệp hiện nay Ưu điểm : Điều kiện công nghệ không quá caoSản phẩm có thể được tách ra tương đối dễ dàngÍt sản phẩm phụCông nghệ sản xuất AnilinHóa học quá trình :Công nghệ sản xuất AnilinHóa học quá trìnhCông nghệ sản xuất AnilinCông nghệ sản xuất anilin từ benzen của hãng Kellog Brown & RootCông nghệ sản xuất AnilinSản xuất Anilin từ nitrobenzene theo phương pháp Bechamp1.Thiết bị bốc hơi nitrobenzene; 2.Thiết bị phản ứng; 3.Bình ngưng tụ 4.Bình đong khí hydro 5.Thiết bị tách chất lỏng; 6.Thiết bị tách khí ; 7.Tháp chưng cất thô anilin ; 8.Tháp cất tinh anilin ; 9,10.Thiết bị bốc hơiLựa chọn công nghệSản phẩm Anilin có độ tinh khiết và hiệu suất cao trên 90%Giá thành đầu tư khi xây dựng nhà máy sản xuất Anilin từ benzen sẽ rẻ hơn khi xây dựng 2 nhà máy riêng lẻ để sản xuất nitrobenzen và anilinCó thể tự chủ được các nguồn nguyên liệu cho công nghệ sản xuất polyme, sơn, phẩm nhuộm cũng như sản xuất thuốc chữa bệnh . Giảm bớt được việc phải nhập khẩu nguyên liệu gây lãng phí tiền của.Nguồn nguyên liệu benzen ở Việt Nam sẽ được đáp ứng khi các nhà máy hóa dầu đang liên tiếp được xây dựngAxit sunfuric và axit nitric dễ sản xuất và rẻ tiềnCông nghệ vận hành tương đối mềm ,điều kiện không quá khắc nghiệt nên giảm được giá thành chế tạo thiết bị và dễ chuyển giao công nghệCHÂN THÀNH CẢM ƠN CÔ GIÁO VÀ CÁC BẠN ĐÃ LẮNG NGHE !THANKS YOU SO MUCH!