yellow_moon1607
New Member
Download miễn phí Đề tài Thiết kế phân xưởng sản xuất phenol bằng con đường kiềm hoá
Qua quá trình thiết kế cong nghệ sản xuất Phenol, bản đồ án đã thực hiện những phần sau:
ã Nêu các phương pháp sản xuất Phenol trong công nghiệp
ã Tính chất của phương pháp sản xuất Phenol qua benzen sunfo axit
ã Cơ chế phản ứng sunfo hoá và nóng chảy kiềm.
ã Tính chất của nguyên liệu và sản phẩm.
ã Dây chuyền sản xuất Phenol
ã Cân bằng vật chất.
ã Cân bằng nhiệt lượng.
ã Tính toán thiết bị chính.
ã Mặt bằng phân xưởng sản xuất Phenol.
ã Tính toán kinh tế
Nghiên cứu qúa trình sản xuất phenol là điều hết sức quan trọng vì thế nó đã được thực hiện từ lâu và đưa vào sản xuất. Do đó kinh nghiệm và công nghệ sản xuất có nhiều nên qúa trình nghiên cứu đã tạo cho em nhiều thuận lợi. Sau một thời gian nghiên cứu và được sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy GS.TS Đào Văn Tường em đã hoàn thành đồ án môn học, đảm bảo được tính chính xác và thời gian qui định. Em xin chân thành Thank thầy và cùng toàn thể các bạn đã giúp đỡ em trong qúa trình nghiên cứu.
Nhưng do thời gian và trình độ có hạn nên không thể tránh khỏi những sai sót trong bản đồ án tốt nghiệp này. Vì vậy em rất mong được sự đóng góp ý kiến của các thầy cùng tất cả các bạn
Để tải tài liệu này, vui lòng Trả lời bài viết, Mods sẽ gửi Link download cho bạn ngay qua hòm tin nhắn.
Ketnooi -
You must be registered for see links
Ai cần tài liệu gì mà không tìm thấy ở Ketnooi, đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
bằng nhóm hydroxyl theo phương pháp nóng chảy kiềm.
Một trong những phương pháp chuyển hóa quan trọng nhất của các sunphoaxit dãy thơm là cacspo thay thế nhóm sunphoaxit bằng nhóm hydroxyl khi cho muối của sunphoaxit tác dụng với hydroxyl kim loại kiềm ở dạng nóng chảy:
ArSO3Na + 2 NaOH ArONa +Na2SO3 + H2O
Ngày nay phương pháp nóng chảy kiềm là phương pháp chủ yếu để tổng hợp các dẫn xuất oxy của dãy thơm.
1. Cơ cấu của phản ứng.
Cơ cấu của phản ứng.
Tác nhân nóng chảy kiềm thông dụng hơn cả là NaOH vì rẻ hơn nhiều so các tác nhân khác. Trong qui mô sản xuất nhỏ hay sản xuất các loại sản phẩm qúi , nếu NaOH không đủ khả năng phản ứng có thể dùng KOH. Trong một số trường hợp người ta còn dùng hỗn hợp NaOH và KOH, vì nhiệt độ nóng chảy của hỗn hợp thấp hơn so với nhiệt độ của từng cấu tử riêng biệt.
Kiềm ở dạng nóng chảy là tác nhân phản ứng rất mạnh. Khi tác dụng với hợp chất hữu cơ không no, phần tử kiềm có xu hướng kết hợp theo phần tử nối đôi. Khi muối của sunphoaxit phản ứng với kiềm nóng chảy, phân tử kiềm sẽ sẽ kết hợp với nhân thơm, sau đó mới tách phân tử sunphit để tạo phenolat.
SO3Na ONa
SO3Na + NaOH
+ NaOH H
ONa H
+ Na2SO3 + H2O
Sau khi axit hóa pheolat ta được phenol. Nhóm OH thường vàđược vị trí của của nhóm SO3H.Trong thực tế sản xuất, song song với qúa trình chính - thay nhóm -SO3H bằng nhóm OH - bao giờ cũng xảy ra một số phản ứng phụ như chuyển hóa sản phẩm kết hợp tạo thành hydrro cacbon và sunphat.
Có thể biểu diễn các phản ứng xảy ra trong qúa trình nóng chảy kiềm theo sơ đồ sau:
ArSO3Na + NaOH ArSO3Na .NaOH (1)
ArSO3Na .NaOH + NaOH ArOH + Na2SO3 + H2O (2)
ArSO3Na .NaOH ArOH + Na2SO4 (3)
Phản ứng thứ hai là phản ứng chính. Trong một số trường hợp, phản ứng (3) sẽ không xảy ra. Tính chất thuận nghịch của qúa trình tạo sản phẩm kết hợp đã được chứng minh bằng phản ứngM-sunphoaxit của phenol khi cho Rezocxin tác dụng với bisunphit.
2.Những đặc điểm của phản ứng nóng chảy kiềm.
Thông thường trong các phản ứng nóng chảy kiềm, ta thấy vị trí của nhóm OH trong sản phẩm chính là vị trí của nhóm -SO3Na trong hợp chất ban đầu. Những hiện tượng đó không phải bao giờ cũng xảy ra, nhóm -OH không phải bao giờ cũng chiếm vị trí của nhóm -SO3H. Như chúng ta đã biết phản ứng nóng chảy kiềm các sunphoaxit, hay nói chung qúa trình đưa nhóm -OH và nhân thơm bằng tác dụng của kiềm là phản ứng thế nucleophin. Ion OH- sẽ vàđược vị trí có mật độ điện tử nhỏ nhất.
Mật độ điện tử tại nguyên tử cacbon liên kết với nhóm -SO3H có bị giảm đi do ảnh hưởng cảm ứng của nguyên tử S mang điện điện tích dương trong nhóm -SO3H. Cho nên trong nhiều trường hợp, nhóm -OH sẽ vào vị trí của của nhóm -SO3H.
Song mật độ điện tử tại những nguyên tử cacbon không liên kết với nhóm -SO3H cũng có thể giảm xuống do ảnh hưởng của các nhóm thế khác. Cho nên nhóm -OH cũng có thể phản ứng với các nguyên tử cacbon ở nhóm này.
Các điều kiện phản ứng như nhiệt độ, nồng độ tác nhân, loại tác nhân được quyết định bởi độ hoạt động của nhóm -SO3H. Tất nhiên nếu nhóm -SO3H cùng hoạt động, phản ứng sẽ càng dễ dàng hơn. Nhóm -SO3H trong benzen sunphoaxit là nhóm kém hoạt động nên phản ứng đòi hỏi ở nhiệt độ cao, trên 3000C.
Vậy khi biết bản chất của sunphoaxit, chúng ta có thể tiến hành phản ứng một cách tương đối dễ dàng, lựa chọn được các điều kiện phản ứng thích hợp.
3. Kỹ thuật tiến hành phản ứng.
a) Nguyên liệu.
Hai tác nhân chủ yếu trong phản ứng nóng chảy kiềm là muối của sunphoaxit (sunphonat) và kiềm. để đạt hiệu suất cao và chất lượng của sản phẩm tốt cần tinh chế các tác nhân khỏi các tạp chất gây tổn hại cho qúa trình phản ứng.
Sunphoaxit tham gia phản ứng ở dạng muối - suphonat. Lượng tạp chất vô cơ (như NaCl, Na2SO4) trong đó không được qúa 10% trọng lượng sunphonat. Các tạp cahats vô cơ không tan trong kiềm nóng chảy, tạo thành cục, giảm độ linh động của khối phản ứng dẫn đến qúa nhiệt cục bộ và có thể xảy ra hiên cháy khối phản ứng khi nhiệt độ thành thiết bị tăng cao trên 3000C. Độ axit của muối sunpho cũng có hại đối với phản ứng vì phải tốn kiềm để trung hoà axit, mặt khác phản ứng trung hoà lại tạo thành các muối vô cơ, ảnh hưởng không tốt tới phản ứng. Trong kiềm (NaOH và KOH) thường có tạp chất clorat dễ gây phản ứng oxy hóa. Vì vậy cần tách các tạp chất đó trước khi đưa vào phản ứng.
b) Các điều kiện phản ứng.
Theo phương trình phản ứng phải dùng 2 mol NaOH cho một nhóm -SO3H. Nhưng trong thực tiễn sản xuất cũng như trong phòng thí nghiệm đều phải cho dư NaOH từ 3 đến 4 mol và có thể cao hơn nữa. Để giảm tiêu hao kiềm cần chọn sunphoaxit có chất lượng cao, chọn thiết bị phản ứng thích hợp và khống chế các điều kiện phản ứng theo đúng các yêu cầu.
Để tăng độ linh động của khối phản ứng và giảm nhiệt độ của khối phản ứng có thể cho thêm từ từ 5-10% nước. Khi đó nhiệt độ của khối phản ứng sẽ từ 270 -2800C. Nước tạo thành trong phản ứng sẽ làm cho khối phản ứng linh động hơn.
Sunphonat được đưa vào từng mẻ ở dạng bột hay dung dịch bão hòa trong nước. Nếu dùng sunphonat ở dạng dung dịch phản ứng sẽ dễ dàng hơn, không tạo bọt, không có bụi.
Sau khi cho tất cả sunphonat vào, vừa khuấy trộn vừa nâng nhiệt độ của khối phản ứng lên tới mức cần thiết, giữ nhiệt độ của khối phản ứng trong một thời gian. Trong khối phản ứng chứa phenolat, sunphit và kiềm dư.
c) Các phương pháp nóng chảy kiềm.
Phản ứng nóng chảy kiềm có thể tiến hành trong điều kiện áp suất thường. Thiết bị phản ứng được chế tạo bằng gang, đáy cong, có cánh khuấy. Được đốt nóng bằng khí lò, than, bằng dầu, hay đốt nóng bằng điện. Trong qúa trình phản ứng thiết bị được đậy nắp kín, có cửa cho nguyên liệu vào. Trong kỹ thuật phương pháp nóng chảy kiềm được áp dụng rộng rãi nhất.
VI. Qúa trình sản xuất phenol.
Qúa trình sản xuất phenol bằng phương pháp nóng chảy kiềm thể hiện qua các giai đoạn phản ứng sau đây:
1. Qúa trình hình thành axit benzensunfonic bằng phản ứng của benzen với
axit sunfuric đặc.
C6H6 + H2SO4 đ C6H5SO3H + H2O
2. Qúa trình phản ứng của axit bezensunfoic với natrisunfit hay natri cacbonat tạo ra natribenzensulfonat.
2 C6H5 SO3 H + Na2SO3 đ 2C6H5SO3 Na + H2O + SO2
3. Qúa trình gia nhiệt benzensulfonat trong natri hydroxit để tạo ra natri phenolat.
C6H5 SO3 Na + 2 NaOH đ C6H5O Na + H2O + Na2SO3
4. Qúa trình phản ứng của natri phenolat với sulfuadioxit hay CO2 tạo ra phenol dạng tự do.
2C6H5ONa + H2O + SO2 đ 2 C6H5 O H + Na2SO3
Trước đây người ta trung hoà benzen sunphoaxit bằng Na2SO3 và axit hóa phenolat bằng H2SO4. Sau này người ta tận dụng phế liệu của các giai đoạn khác nhau Na2SO3 , SO2 , H2O để trung hòa benzen sunphoaxit và axit hóa phenolat.
Sơ đồ dây truyền sản xuất phenol theo phương pháp kiềm nóng chảy được trình bày theo sơ đồ sản xuất ở trang bên.
Thuyết minh sơ đồ dây truyền sản xuất.
1. Chú thích sơ đồ sản xuất .
1 - Thiết bị sôi (nồi hơi).
2 - Thiết bị qúa nhiệt của hơi benzen.
3 - Tháp sunpho hóa.
4 và 13 - Thiết bị ngưng.
5 và 11 - Thiết bị lắng.
6 - Tháp trung hoà.
7 - Nồi nung chảy kiềm
8 - Thiết bị dật tắt
9 - Máy lọc ly tâm.
10 - Tháp để phân huỷ phenolat.
12 - Thiết...
Một trong những phương pháp chuyển hóa quan trọng nhất của các sunphoaxit dãy thơm là cacspo thay thế nhóm sunphoaxit bằng nhóm hydroxyl khi cho muối của sunphoaxit tác dụng với hydroxyl kim loại kiềm ở dạng nóng chảy:
ArSO3Na + 2 NaOH ArONa +Na2SO3 + H2O
Ngày nay phương pháp nóng chảy kiềm là phương pháp chủ yếu để tổng hợp các dẫn xuất oxy của dãy thơm.
1. Cơ cấu của phản ứng.
Cơ cấu của phản ứng.
Tác nhân nóng chảy kiềm thông dụng hơn cả là NaOH vì rẻ hơn nhiều so các tác nhân khác. Trong qui mô sản xuất nhỏ hay sản xuất các loại sản phẩm qúi , nếu NaOH không đủ khả năng phản ứng có thể dùng KOH. Trong một số trường hợp người ta còn dùng hỗn hợp NaOH và KOH, vì nhiệt độ nóng chảy của hỗn hợp thấp hơn so với nhiệt độ của từng cấu tử riêng biệt.
Kiềm ở dạng nóng chảy là tác nhân phản ứng rất mạnh. Khi tác dụng với hợp chất hữu cơ không no, phần tử kiềm có xu hướng kết hợp theo phần tử nối đôi. Khi muối của sunphoaxit phản ứng với kiềm nóng chảy, phân tử kiềm sẽ sẽ kết hợp với nhân thơm, sau đó mới tách phân tử sunphit để tạo phenolat.
SO3Na ONa
SO3Na + NaOH
+ NaOH H
ONa H
+ Na2SO3 + H2O
Sau khi axit hóa pheolat ta được phenol. Nhóm OH thường vàđược vị trí của của nhóm SO3H.Trong thực tế sản xuất, song song với qúa trình chính - thay nhóm -SO3H bằng nhóm OH - bao giờ cũng xảy ra một số phản ứng phụ như chuyển hóa sản phẩm kết hợp tạo thành hydrro cacbon và sunphat.
Có thể biểu diễn các phản ứng xảy ra trong qúa trình nóng chảy kiềm theo sơ đồ sau:
ArSO3Na + NaOH ArSO3Na .NaOH (1)
ArSO3Na .NaOH + NaOH ArOH + Na2SO3 + H2O (2)
ArSO3Na .NaOH ArOH + Na2SO4 (3)
Phản ứng thứ hai là phản ứng chính. Trong một số trường hợp, phản ứng (3) sẽ không xảy ra. Tính chất thuận nghịch của qúa trình tạo sản phẩm kết hợp đã được chứng minh bằng phản ứngM-sunphoaxit của phenol khi cho Rezocxin tác dụng với bisunphit.
2.Những đặc điểm của phản ứng nóng chảy kiềm.
Thông thường trong các phản ứng nóng chảy kiềm, ta thấy vị trí của nhóm OH trong sản phẩm chính là vị trí của nhóm -SO3Na trong hợp chất ban đầu. Những hiện tượng đó không phải bao giờ cũng xảy ra, nhóm -OH không phải bao giờ cũng chiếm vị trí của nhóm -SO3H. Như chúng ta đã biết phản ứng nóng chảy kiềm các sunphoaxit, hay nói chung qúa trình đưa nhóm -OH và nhân thơm bằng tác dụng của kiềm là phản ứng thế nucleophin. Ion OH- sẽ vàđược vị trí có mật độ điện tử nhỏ nhất.
Mật độ điện tử tại nguyên tử cacbon liên kết với nhóm -SO3H có bị giảm đi do ảnh hưởng cảm ứng của nguyên tử S mang điện điện tích dương trong nhóm -SO3H. Cho nên trong nhiều trường hợp, nhóm -OH sẽ vào vị trí của của nhóm -SO3H.
Song mật độ điện tử tại những nguyên tử cacbon không liên kết với nhóm -SO3H cũng có thể giảm xuống do ảnh hưởng của các nhóm thế khác. Cho nên nhóm -OH cũng có thể phản ứng với các nguyên tử cacbon ở nhóm này.
Các điều kiện phản ứng như nhiệt độ, nồng độ tác nhân, loại tác nhân được quyết định bởi độ hoạt động của nhóm -SO3H. Tất nhiên nếu nhóm -SO3H cùng hoạt động, phản ứng sẽ càng dễ dàng hơn. Nhóm -SO3H trong benzen sunphoaxit là nhóm kém hoạt động nên phản ứng đòi hỏi ở nhiệt độ cao, trên 3000C.
Vậy khi biết bản chất của sunphoaxit, chúng ta có thể tiến hành phản ứng một cách tương đối dễ dàng, lựa chọn được các điều kiện phản ứng thích hợp.
3. Kỹ thuật tiến hành phản ứng.
a) Nguyên liệu.
Hai tác nhân chủ yếu trong phản ứng nóng chảy kiềm là muối của sunphoaxit (sunphonat) và kiềm. để đạt hiệu suất cao và chất lượng của sản phẩm tốt cần tinh chế các tác nhân khỏi các tạp chất gây tổn hại cho qúa trình phản ứng.
Sunphoaxit tham gia phản ứng ở dạng muối - suphonat. Lượng tạp chất vô cơ (như NaCl, Na2SO4) trong đó không được qúa 10% trọng lượng sunphonat. Các tạp cahats vô cơ không tan trong kiềm nóng chảy, tạo thành cục, giảm độ linh động của khối phản ứng dẫn đến qúa nhiệt cục bộ và có thể xảy ra hiên cháy khối phản ứng khi nhiệt độ thành thiết bị tăng cao trên 3000C. Độ axit của muối sunpho cũng có hại đối với phản ứng vì phải tốn kiềm để trung hoà axit, mặt khác phản ứng trung hoà lại tạo thành các muối vô cơ, ảnh hưởng không tốt tới phản ứng. Trong kiềm (NaOH và KOH) thường có tạp chất clorat dễ gây phản ứng oxy hóa. Vì vậy cần tách các tạp chất đó trước khi đưa vào phản ứng.
b) Các điều kiện phản ứng.
Theo phương trình phản ứng phải dùng 2 mol NaOH cho một nhóm -SO3H. Nhưng trong thực tiễn sản xuất cũng như trong phòng thí nghiệm đều phải cho dư NaOH từ 3 đến 4 mol và có thể cao hơn nữa. Để giảm tiêu hao kiềm cần chọn sunphoaxit có chất lượng cao, chọn thiết bị phản ứng thích hợp và khống chế các điều kiện phản ứng theo đúng các yêu cầu.
Để tăng độ linh động của khối phản ứng và giảm nhiệt độ của khối phản ứng có thể cho thêm từ từ 5-10% nước. Khi đó nhiệt độ của khối phản ứng sẽ từ 270 -2800C. Nước tạo thành trong phản ứng sẽ làm cho khối phản ứng linh động hơn.
Sunphonat được đưa vào từng mẻ ở dạng bột hay dung dịch bão hòa trong nước. Nếu dùng sunphonat ở dạng dung dịch phản ứng sẽ dễ dàng hơn, không tạo bọt, không có bụi.
Sau khi cho tất cả sunphonat vào, vừa khuấy trộn vừa nâng nhiệt độ của khối phản ứng lên tới mức cần thiết, giữ nhiệt độ của khối phản ứng trong một thời gian. Trong khối phản ứng chứa phenolat, sunphit và kiềm dư.
c) Các phương pháp nóng chảy kiềm.
Phản ứng nóng chảy kiềm có thể tiến hành trong điều kiện áp suất thường. Thiết bị phản ứng được chế tạo bằng gang, đáy cong, có cánh khuấy. Được đốt nóng bằng khí lò, than, bằng dầu, hay đốt nóng bằng điện. Trong qúa trình phản ứng thiết bị được đậy nắp kín, có cửa cho nguyên liệu vào. Trong kỹ thuật phương pháp nóng chảy kiềm được áp dụng rộng rãi nhất.
VI. Qúa trình sản xuất phenol.
Qúa trình sản xuất phenol bằng phương pháp nóng chảy kiềm thể hiện qua các giai đoạn phản ứng sau đây:
1. Qúa trình hình thành axit benzensunfonic bằng phản ứng của benzen với
axit sunfuric đặc.
C6H6 + H2SO4 đ C6H5SO3H + H2O
2. Qúa trình phản ứng của axit bezensunfoic với natrisunfit hay natri cacbonat tạo ra natribenzensulfonat.
2 C6H5 SO3 H + Na2SO3 đ 2C6H5SO3 Na + H2O + SO2
3. Qúa trình gia nhiệt benzensulfonat trong natri hydroxit để tạo ra natri phenolat.
C6H5 SO3 Na + 2 NaOH đ C6H5O Na + H2O + Na2SO3
4. Qúa trình phản ứng của natri phenolat với sulfuadioxit hay CO2 tạo ra phenol dạng tự do.
2C6H5ONa + H2O + SO2 đ 2 C6H5 O H + Na2SO3
Trước đây người ta trung hoà benzen sunphoaxit bằng Na2SO3 và axit hóa phenolat bằng H2SO4. Sau này người ta tận dụng phế liệu của các giai đoạn khác nhau Na2SO3 , SO2 , H2O để trung hòa benzen sunphoaxit và axit hóa phenolat.
Sơ đồ dây truyền sản xuất phenol theo phương pháp kiềm nóng chảy được trình bày theo sơ đồ sản xuất ở trang bên.
Thuyết minh sơ đồ dây truyền sản xuất.
1. Chú thích sơ đồ sản xuất .
1 - Thiết bị sôi (nồi hơi).
2 - Thiết bị qúa nhiệt của hơi benzen.
3 - Tháp sunpho hóa.
4 và 13 - Thiết bị ngưng.
5 và 11 - Thiết bị lắng.
6 - Tháp trung hoà.
7 - Nồi nung chảy kiềm
8 - Thiết bị dật tắt
9 - Máy lọc ly tâm.
10 - Tháp để phân huỷ phenolat.
12 - Thiết...