Tiểu luận Tổng hợp alkylbenzen và sản xuất alkylbenzen sunfonat

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘIVIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌCBỘ MÔN CÔNG NGHỆ HỮU CƠ-HÓA DẦUTIỂU LUẬNTổng hợp alkylbenzen và sản xuất alkylbenzen sunfonat. GVHD: PGS.TS. NGUYỄN HỒNG LIÊN. SVTH: NGUYỄN NAM ANH. NGUYỄN VĂN LINH. TRỊNH THỊ HƯỜNG. HOÀNG XUÂN HẢI. NGUYỄN THÀNH CHUNG.Phần 1: Tổng hợp LAB.1.1. Lịch sử phát triển công nghệ sản xuất LAB.1.2. Giới thiệu chung về LAB1.3. Công nghệ sản xuất LABPhần 2: Tổng hợp LAS.2.1. Giới thiệu chung về LAS.2.2. Công nghệ sản xuất LAS.NỘI DUNGPHẦN 1: TỔNG HỢP LAB.Linear Alkylbenzen được sản xuất thương mại bằng cách sử dụng quá trình ngưng tụ Friedel-Crafts, dùng xúc tác như AlCl3, HF, ví dụ như alkyl hóa benzen với olefin. Năm 1995, quá trình Detal xuất hiện , sử dụng chất xúc tác rắn được đưa ra, cho độ chuyển hóa cao, chọn lọc các đồng phân 2-phenyl thường là khoảng 30% hoặc ít hơn, các loại Linear Alkylbenzen với một tỷ lệ cao trong các đồng phân của 2-phenyl được mong muốn bởi vì các hợp chất như vậy khi sunfonat hóa có chuỗi dài sẽ tăng cường khả năng hòa tan và tính tẩy rửaLAB được sản xuất từ alkyl hóa benzen với olefin, từ nhiều nguồn khác nhau như dầu hỏa(parafin bình thường) hoặc etylen. Hơn 80% sản lượng LAB được sản xuất sử dụng công nghệ UOP trên toàn thế giới.Công nghệ alkyl hóa của UOP được lựa chọn sản xuất LAB, chiếm 75% quá trình sản xuất LAB từ năm 1995. 1.1. Lịch sử phát triển công nghệ sản xuất LAB.1.2. Giới thiệu chung về LAB.Khái niệm: Linear Alkylbenzen(LAB) là họ của các hợp chất hữu cơ với công thức: với m+n=7÷10.Tính chất vật lý: là chất lỏng không màu, nhờn; tỉ trọng 0,8628 g/cm3 và điểm sôi của 282÷302°C, khối lượng phân tử trung bình 240.Một số tính chất vật lý của LAB.Ứng dụng:LAB là những hợp chất có tầm quan trọng đáng kể trong thương mại. Vì Linear Alkylbenzen dễ dàng phân hủy sinh học hơn alkylbenzen có nhánh nên Linear Alkylbenzen đã dần thay thế alkylbenzen có nhánh trong sản xuất chất tẩy rửa và các sản phẩm khác. Một số LAB có ứng dụng trong một số ngành công nghiệp như ngành công nghiệp mực in, sơn cách nhiệt và điện.1.3.1.Cơ sở lý thuyết quá trình alkyl hóa hydrocacbon thơm.Alkyl hóa là quá trình đưa các nhóm alkyl vào phân tử các hợp chất hữu cơ.Xúc tác: H2SO4, HF, AlCl3(pha lỏng); H3PO4(cho pha khí); các vật liệu rây phân tử (có tính chọn lọc hơn các xúc tác dùng trong pha lỏng).Tác nhân alkyl hóa: dẫn xuất clo và olefin. Rượu ít được sử dụng do tạo ra nước trong quá trình alkyl hóa, dẫn đến phân hủy xúc tác AlCl31.3. Công nghệ sản xuất LAB.Cơ chế phản ứngVới tác nhân alkyl hóa là dẫn xuất clo:Với tác nhân là olefin có mặt là HCl:Trong giai đoạn tiếp theo, vòng hydrocacbon thơm sẽ bị cacbocation này tấn công thay thế cho một proton của nhân thơm:1.3.2.Các phương pháp sản xuất LABQuá trình UOP HF Detergent Alkylate:Nguyên liệu: linear parafin , benzen.Xúc tác: HF lỏng.1.3.3. Công nghệ sản xuất LAB.Khu vực Pacol: n-parafin được dehydro hóa với một phản ứng xúc tác để sản xuất mono-olefin.Khu vực Define: chuyển hóa di-olefin thành mono-olefin, do đó cải thiện năng suất sản xuất LAB và chất lượng sản phẩm.Khu vực Pep: Quá trình PEP loại bỏ các chất thơm từ dòng PACOL thải, do đó tăng tuổi thọ chất xúc tác Detal, nâng cao chất lượng sản phẩm LAB và giảm sản phẩm alkylate nặng.Khu vực Detal: phản ứng alkylat xảy ra với xúc tác rắn dị thể. Chất xúc tác rắn thay thế acid lỏng (axit HF hoặc nhôm clorua, được dùng trước đây với quy trình HF Detergent Alkylate), với lợi thế lớn về vốn đầu tư, giảm tác động môi trường và chất lượng sản phẩm LABCông nghệ sản xuất LAS từ linear parafin.Quá trình UOP HF Detergent AlkylateQuá trình Detal schemeCông nghệ xúc tác dị thể Detal Scheme có lợi thế hơn công nghệ sử dụng xúc tác lỏng HF ở những điểm sauKhông có khâu xử lý HF lại sau;Chi phí đầu tư thấp vì dùng xúc tác không có tính ăn mòn;Chi phí bảo trì thấp;Chi phí xử lý chất thải từ nhà máy rất thấp.So sánh dây chuyền UOP HF Detergent Alkylate và Detal Scheme:So sánh dây chuyền UOP HF Detergent Alkylate và Detal Scheme.[Điểm vẩn đục và độ nhạy với nồng độ của LAB của công nghệ UOP HF Detergent Alkylate và Detal SchemeTính kinh tế của 2 công nghệ HF Deterdent Alkylate và Detal trong sản xuất LABPHẦN 2: SẢN XUẤT LAS.Chất hoạt động bề mặt (CHĐBM) là chất có sức căng bề mặt nhỏ hơn sức căng bề mặt của dung môi, và trong dung dịch, nồng độ của nó ở bề mặt cao hơn bên trong dung dịch, làm giảm sức căng bề mặt của dung dịch. Những CHĐBM quan trọng thường là những hợp chất hữu cơ gồm hai phần: phần phân cực (phần ưa nước) và phần không phân cực (phần kị nước). Axit béo là CHĐBM gồm gốc hyđrocabon là phần không phân cực và nhóm cacboxyl là phần phân cực. CHĐBM được sử dụng rất phổ biến trong công nghiệp, trong việc tuyển quặng, điều chế các chất tẩy rửa vv 2.1. Giới thiệu chung về LAS.Trong nhiều năm trước đây, xà phòng luôn đáp ứng tốt nhu cầu cung ứng cho xã hội và cho đến khi chất béo và dầu trong động vật, thực vật (thành phần cơ bản cần thiết để tạo nên xà phòng) trở nên thiếu thốn, cùng với cuộc chiến tranh Thế Giới lần I, II đã dẫn đến việc thúc đẩy tìm kiếm một chất có thể thay thế. Từ đó những nghiên cứu đã phát hiện ra chất hoạt động bề mặt có thể thu được dễ dàng bằng cách tổng hợp từ hóa dầu, đó là LAS (Linear Alkylbenzen Sunfonat).LAS là một chất hoạt động bề mặt anionic được tổng từ alkylbenzen mạch thẳng (LAB). Khoảng 99% sản lượng LAB được chuyển thành LAS qua quá trình sulphonat hóa. LAS thì hầu hết được sử dụng dành riêng trong thành phần chất tẩy rửa. Và trong một vài trường hợp đặc biệt thì LAS cũng được sản xuất từ dẫn xuất khác.Công thức cấu tạo của LAS:Trọng lượng phân tử trung bình: 342m + n= 7- 10Nhánh alkyl thẳng.Sunfonat ở vị trí para.Tính chất:LAS dễ phân huỷ sinh học trong điều kiện hiếu khí.Khả năng hoà tan trong nước giảm khi chiều dài chuỗi alkyl tăng và tuỳ thuộc vào ion dương của muối.Ở nhiệt độ phòng, LAS (C12) là chất rắn màu vàng nhạt.LAS bền trong môi trường oxy hoá.Một trong tính chất quan trọng của LAS là có tính tương thích cao hơn các chất hoạt động bề mặt anionic khác, do chúng có thể sử dụng trong cả đơn công nghệ acidic và alkaline như một loại chất tẩy rửa dạng lỏng hay dạng bột đều được.LAS là hợp chất cơ tính ổn định cao.Sơ đồ phân bố sử dụng chất hoạt động bề mặt trên thế giớiSự tiêu thụ của LAS.Sơ đồ phân bố sử dụng LAS trên thế giớiTác nhân phản ứng: acid sulfuric, oleum và SO3. 2.2. Công nghệ sản xuất LAS.Các phản ứng xảy ra:- Giai đoạn thứ nhất là sự tác dụng của phần dư SO3 trong oleum:ArH + H2SO4 . SO3 → ArSO2OH + H2SO4phản ứng này không thuận nghịch, toả nhiệt mạnh;hiệu ứng nhiệt phụ thuộc vào nồng độ của oleum và có giá trị 180 KJ/mol đối với oleum 20%. Giai đoạn tiếp theo có sự tham gia của axit sulfuric.Sự sulfo hoá bằng SO3 được biểu diễn như sau:ArH + SO3 → ArSO2OH- Đây cũng là phản ứng không thuận nghịch (-ΔH0298 = 217 Kj/mol). Cơ chế giai đoạn đầu của quá trình sulfo hóa các hydrocacbon thơm bằng oleum và phản ứng với SO3 tự do như sao: các phân tử SO3 tấn công vào hydrocacbon qua các phức π – và σ trung gian.Phản ứng có bậc nhất theo ArH và SO3 và xảy ra gần như tức thời.Cơ chế:Phản ứng phụ: 2ArSO2OH + SO3 → (ArSO2)2O + H2SO4Nguyên liệuLAB (Linear AnkylBenzel)Lưu huỳnh: dạng hạt nhỏ, độ tinh khiết 99,8%.Quy trình công nghệ gồm các công đoạn chính:Hóa lỏng lưu huỳnhLàm khô khíSản xuất SO3Phản ứng tạo LASLàm già và hydrat hóaXử lý khí thảia) Công nghệ Sulphurex F của BallestraSơ đồ công nghệ Sulphurex F của Ballestra1-cửa vào của khí2-thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm3-lớp bi sứ4-tấm đỡ5-cửa vào của không khí6-cửa ra của không khíTháp chuyển hóa SO21 - Cửa vào của SO32 - Phễu trộn3-Tấm ngăn4 - Ống phản ứng5 - Cửa ra của nước làm mát6 - Cửa vào của nước làm mát7 - Cửa ra của LABThiết bị phản ứngHiệu quả của việc sử dụng CO2 quá tới hạnTăng hệ số khuếch tán: Chất lỏng quá tới hạn có tính khuyếch tán cao hơn so với chất lỏng thường do chất lỏng thường có tỷ trọng thấp hơn và giống khi hơn. Ngoài ra, nhiệt độ và áp suất có ảnh hưởng đến hệ số khuếch tán. Hệ số khuếch tán khác nhau trong vùng quanh điểm tới hạn vì vậy người ta hy vọng tăng hệ số khuếch tán của phản ứng kiểm soát.Tăng khả năng hòa tan của chất phản ứng và loại bỏ truyền khối..Tạo điều kiện cho việc tách.b) Sản xuất LAS ở áp suất cao trong môi trường CO2 quá tới hạnQuá trình oxi hóa SO2 thành SO3Giải hấp phụ SO3 từ than hoạt tínhQuá trình Sunfo hóaTrong 2 công nghệ trình bày ở trên, công nghệ Sunphurex F của Ballestra có những ưu điểm vượt trội. Quá trình đơn giản, dễ vận hànhÁp suất và nhiệt độ làm việc thấpKhông cần sử dụng xúc tácHiệu suất chuyển hóa caoXử lý triệt để khí thải ra môi trườngChi phí sản xuất thấpTuy nhiên, sơ đồ công nghệ sản xuất LAS ở áp suất cao trong môi trường Cacbon dioxide quá tới hạn là công nghệ mới, hứa hẹn khả năng phát triển, ứng dụng rộng rãi trong thực tếSo sánh và lựa chọn công nghệ