ĐỀ TÀI: CÔNG NGHỆ O – ALKYL HÓA SẢN XUẤT ESTE pdf

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

TIỂU LUẬN MÔN HỌC
TỔNG HỢP HỮU CƠ
ĐỀ TÀI: CÔNG NGHỆ O – ALKYL HÓA
SẢN XUẤT ESTE
Hồ Chí Minh - 2012
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN

2

LỜI MỞ ĐẦU
Trên thế giới hiện nay, việc sản xuất các chất hữu cơ đã xuất hiện từ
rất lâu, nhưng đầu tiên nó dựa trên sự chế biến nguyên liệu động vật
hay thực vật như việc tách các chất có giá trị (đường, dầu béo) hay các
sản phẩm phân giải của chúng (xà phòng, cồn …). Tổng hợp hữu cơ để
thu được những chất phức tạp từ những chất tương đối đơn giản hơn ra
đời từ giữa thế kỷ thứ 19 trên cơ sở các sản phẩm đồng hành có chứa
các hợp chất thơm của sự cốc hóa than đá.
Sau đó, vào thế kỷ 20 dầu mỏ và khí đốt thiên nhiên ngày càng đóng
vai trò quan trọng là nguồn nguyên liệu hữu cơ nhờ việc khai thác, vận
chuyển và chế biến chúng rẻ hơn than đá.
Nói chung, công nghệ tổng hợp các hợp chất hữu cơ bao gồm toàn
bộ các phản ứng hóa học dùng để tổng hợp ra các hợp chất trung gian
cũng như các sản phẩm cuối cùng của ngành công nghiệp tổng hợp hữu
cơ. Nó gồm các quá trình hình thành nhóm thế và biến đổi nhóm thế.
Với các quá trình này có thể đưa vào các hợp chất hữu cơ những nhóm
chức (nitro, sunfo, halogeno, axyl, ankyl, amino, diazoni, azo, este,
hydroxy, oxo …).
Trong phạm vi bài tiểu luận của chúng em, chúng ta hãy cùng tìm
hiểu về các quá trình Alkyl hóa, đặc biệt là quá trình O – Alkyl hóa.
Alkyl hóa là các quá trình đưa các nhóm Alkyl vào phân tử các chất
hữu cơ hoặc vô cơ. Các phản ứng Alkyl hóa có giá trị thực tế cao trong
việc đưa các nhóm Alkyl vào hợp chất thơm, isoparafin, mercaptan,
sulfid, amin, các hợp chất chứa liên kết ete … ngoài ra quá trình Alkyl
hóa là những giai đoạn trung gian trong sản xuất các monome, các chất

3
tẩy rửa … Trên thế giới một số sản phẩm của quá trình Alkyl hóa được
sản xuất với quy mô khá lớn. Ví dụ ở Mỹ hằng năm người ta sản xuất
khoảng 4 triệu tấn etylbenzen, 1,6 triệu tấn izopropyl benzen, 0,4 triệu
tấn alkyl benzen hơn 4 triệu tấn glycol và các sản phẩm chế biến
alkylenoxid, khoảng 30 triệu tấn izoparafin alkylat, khoảng 1 triệu tấn
ter – butyleste …
4
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6
1.1.1. Khái niệm: 6
1.1.2. Phân loại các phản ứng alkyl hóa: 6
1.1.3.Các tác nhân alkyl hóa: 7
1.1.4. Xúc tác trong phản ứng ankyl hóa: 9
1.1.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình alkyl hóa: 9
1.1.6. Giới thiệu về phản ứng O –alkyl hóa: 10
a. O- alkyl hóa bằng các dẫn xuất Clo: 10
b. O- alkyl hóa bằng olefin: 11
1.2. Hóa học và lý thuyết của sự ester hóa: 12
1.2.1. Phản ứng ester hóa của axit hữu cơ, axit vô cơ với rượu: 12
1.2.2. Điều kiện phản ứng và xúc tác: 13
1.2.3. Cơ chế phản ứng O-ankyl hóa tạo ester: 15
Phần II : CÔNG NGHỆ ESTE HÓA – SẢN XUẤT ETYL AXETAT 16
2.1. Công nghệ este hóa: 16
2.2. Qui tắc chung tiến hành phản ứng este: 17
2.3. Sản xuất etylacetat: 18
2.3.1. Phương trình phản ứng: 18
2.3.2. Đặc trưng của các nguyên liệu và thành phẩm: 19
TÀI LIỆU THAM KHẢO 22
5

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1. Cơ sở lí thuyết về quá trình alkyl hóa:
1.1.1. Khái niệm:
Alkyl hóa là quá trình đưa các nhóm alkyl vào phân tử các nhóm hữu
cơ hoặc vô cơ.
Các phản ứng alkyl hóa có giá trị thực tế cao trong việc đưa các
nhóm alkyl vào hợp chất thơm ; ngoài ra quá trình alkyl hóa là những
giai đoạn trung gian trong sản xuất các monome , các chất tẩy rửa …
1.1.2. Phân loại các phản ứng alkyl hóa:
C-alkyl hóa : là thế nguyên tử hidro nối với cacbon bằng nhóm
alkyl .Sản phẩm là hợp chất có số nguyên tử cacbon của mạch cacbon
tăng lên . Đặc trưng là phản ứng alkyl hóa vòng thơm ( phản ứng Fridel
– Crafts ):
O-alkyl hóa : là các phản ứng dẫn đến tạo thành liên kết giữa nhóm
alkyl và nguyên tử oxy . Sản phẩm của phản ứng là các ete , ester tùy
thuộc vào alkyl hóa cồn hay axit :

2
R OH R OH R OR H O
′ ′
− + − → − +

2
R ONa R X R OR Na X
R COOH R OH R COOR H O
R COONa R X R COOR NaX
′ ′
− + → − + −
′ ′
− + → − +

′ ′
− + → − +
N-alkyl hóa : là sự thế các nguyên tử hidro trong amoniac hoặc trong
amin bằng các nhóm alkyl . Sản phẩm của phản ứng là các amin :
ROH + NH
3
→
RNH
2
+ H
2
O
S-alkyl hóa : là các phản ứng dẫn đến tạo thành liên kết giữa nhóm
alkyl và nguyên tử lưu huỳnh . Sản phẩm của phản ứng là thioete:
6
R-X + NaSH
→
RSH + NaCl
1.1.3.Các tác nhân alkyl hóa:
Các tác nhân alkyl hóa có thể chia làm ba nhóm :
Các hợp chất không no ( olefin và axetilen ) , trong đó sẽ phá vỡ các
liên kết π của các nguyên tử cacbon .
Dẫn xuất Clo với các nguyên tử Clo linh động có khả năng thế dưới
ảnh hưởng của các tác nhân khác nhau .
Rượu , ete , ester , oxyt olefin là các tác nhân mà trong quá trình
alkyl hóa liên kết cacbon vá oxy sẽ bị phá vỡ .
Một số loại tác nhân alkyl hóa cơ bản :
• Tác nhân là olefin ·
Trong các loại tác nhân thì tác nhân olefin có giá thành khá rẻ, vì vậy
người

ta luôn cố gắng sử dụng chúng trong mọi trường hợp có thể.
Các olefin(etylen, propylen, buten và các olefin cao phân tử)chủ yếu
được sử dụng để C - alkyl hóa các paraffin và các hợp chất thơm .
Xúc tác thường dung là :acid proton (a.Bronsted) hoặc acid phi
proton (a.Lewis)
Chủ yếu xảy ra theo cơ chế ion qua giai đoạn trung gian hình thành
cacbocation. Khả năng phản ứng của các olefin được đánh giá bằng m
ức độtạo ra cacbocation:
RCH = CH2 + H+ ↔ RC+H - CH3
Quá trình này chịu ảnh hưởng của sự tăng chiều dài mạch, độ phân nh
ánhcủa olefin:
CH
2
= CH
2
< CH
3
– CH = CH
2
< CH
3
– CH
2
– CH=CH
2
< (CH
3
)
2
C=CH

2
⇒ Tác nhân olefin có mạch càng dài, càng phân nhánh thì khả nă
ng phản ứng càng lớn.
7
Ngoài ra trong rất nhiều trường hợp, quá trình alkyl hóa bằng olefin có
thể
xảy ra dưới tác dụng của các chất khơi mào phản ứng chuỗi gốc, hoặc tác
dụng của ánh sáng hoặc tác dụng của nhiệt độ cao. Khi đó các phần tử
trung gian là các gốc tự do và trong trường hợp này khả năng
phản ứng của các olefin có cấu tạo khác nhau cũng không khác nhau
nhiều.
• Tác nhân là các dẫn xuất Clo
Các dẫn xuât được xem là các tác nhân alkyl hóa tương đối thông
dụng, các dẫn xuất Clo được xem là các tác nhân alkyl hóa nhất trong
các trường hợp O-, S-, N- Alkyl hóa và để tổng hợp phần lơn các hợp
chất cơ kim, cơ nguyên tố, ngoài ra còn được sử dụng trong trường hợp
C-Alkyl hóa.
Alkyl hóa tác nhân dẫn xuất clo : xảy ra theo cơ chế ái thân điện
tử dưới tác dụng của chất xúc tác là các acid phi proton (FeCl
3
, AlCl
3
)
qua giai đoạn trung gian hình thành Cacbocation
• Tác nhân là các hợp chất có chứa O - xúc tác và cơ chế
Các tác nhân alkyl hóa có chứa O như rượu, êt, este, oxyt olefin có
thể dùng tròng các quá trình C-, O-, N- và S alkyl hóa, tuy nhiên trên
thực tế người ta sử dụng chủ yếu là các oxyt olefin. Quá trình trình
xẩy ra theo cơ chế cacbocation dưới tác dụng của xúc tác là acid
proton để làm đứt liên kết giữa nhóm alkyl và oxy:

ROH + H+ ↔ R - +OH
2
↔ R+ + H
2
O
8
• Các tác nhân alkyl hóa khác : cụ thể là epoxy, nó được sử dụng để
điều chế các polyete ancol _ chất có tác dụng làm giảm sức căng bề
mặt .Tác nhân hay được sử dụng là etylenoxit .
1.1.4. Xúc tác trong phản ứng ankyl hóa:
Xúc tác thường sử dụng trong phản ứng ankyl hóa là acid vô cơ,tiêu
biểu thường dùng H
2
SO
4
.Đặc biệt là trong phản ứng có ancol làm tác
nhân ankyl hóa .Dưới tác dụng của acid xúc tác ,acid sẽ cho đi
proton .Nhóm OH sẽ nhận proton và hình thành nên ion cacboxini ,tiếp
theo ion này khử nước tạo cation axyli ,phân tử ancol gắn vào axyl ion
tạo thành ester được proton hóa ,sau đó proton được tái tạo và ester
hình thành.
1.1.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình alkyl hóa:
Bao gồm
- Nồng độ của chất tham gia phản ứng.
Nồng độ các chất tham gia phản ứng có tác dụng lớn đến quá trình
alkyl hóa . Sử dụng thừa tác nhân alkyl hóa thường cũng làm tăng hiệu
suất của quá trình này.
9
Đa số các phản ứng alkyl hóa là phản ứng tỏa nhiệt , và nhiệt độ
phản ứng càng tăng lên thì tốc độ phản ứng cũng tăng theo . Tác nhân

alkyl hóa là các ancol thì phản ứng được thực hiện ở nhiệt độ cao hơn
so với dùng tác nhân akyl hóa là alkyl sunfat .
- Nhiệt độ.
Nhiệt độ phản ứng dao động nhiệt từ nhiệt độ phòng (30
0
C) lên tới
200
0
C (ví dụ metyl hóa anilin thành dimetyl anilin bằng metanol ở
khoảng 200
0
C ). Thực hiện alkyl hóa ở pha khí thì có lúc nhiệt độ lên
tới 400
0
C .
Alkyl hóa với tác nhân là ancol hoặc alkyl halogenua thường được
thực hiện ở áp suất và nhiệt độ cao có lúc tới 37÷40atm và nhiệt độ
200
0
C.
Ví dụ alkyl hóa anilin bằng metanol để được dimetyl anilin thực hiện
ở áp suất 37÷40atm và nhiệt độ 200
0
C .
- Áp suất.
1.1.6. Giới thiệu về phản ứng O –alkyl hóa:
a. O- alkyl hóa bằng các dẫn xuất Clo:
Các dẩn xuất Clo tác dụng với rượu với vận tốc nhỏ và đây là phản
ứng thuận nghịch .do để tăng vận tốc , người ta tiến hành phản ứng với
sự có mặt dung dịch kiềm để đưa rượu và phenol về dạng ancolat và

phenolat có khả năng phản ứng cao hơn :

R-OH + NaOH
RONa + H
2
O
Cân bằng của phản ứng này dịch chuyển càng nhiều về bên phải nếu
nhóm hidroxyl có độ axit càng mạnh (phenol > glycol > rượu đơn chức )
và nếu nồng độ nước càng thấp .Do sự có mặt của các ion
OH
−
thúc đẩy
phản ứng phụ là thủy phân các dẫn xuất Clo :

ROH + Cl
-
+ OH
-
RCl
ROR
+Cl
-
+RO
-
10
Do đó để tăng tính lựa chọn cần phải có lượng dư nhóm hidroxyl ban
đầu so với kiềm và phải hạn chế lượng nước trong hỗn hợp .Thậm chí
trong trường hợp sử dụng phenol có tính axit cao ( gần như tạo phenolat
với kiềm với hiệu suất lí thuyết) sự có mặt của hỗn hợp phenol tự do sẽ
tăng đáng kể hiệu suất sản phẩm chính . Về cơ chế , quá trình này

tương tự như thủy phân kiềm và các dẫn xuất Clo và được xếp vào loại
thế ái nhân xảy ra theo bậc hai :

RCl + RO
-
Cl R OR
δ-
δ-
ROR
+ Cl
-
Nếu cấu tạo của dẫn xuất clo phù hợp sẽ xảy ra phản ứng song song
là HCl. Tổng hợp các ete từ dẫn xuất Clo được sử dụng với nhiều chất ,
và vận tốc phản ứng phụ thuộc vào tính ái nhân của ancolat (hoặc
phenolat) cũng như vào hoạt tính của dẫn xuất Clo.
b. O- alkyl hóa bằng olefin:
Phản ứng theo liên kết alkyl –oxy và tổng hợp ester trực tiếp từ
olefin .Các phản ứng này thường xảy ra với sự tạo thành hợp chất trung
gian : ion cacboni , do vậy yếu tố tăng sự bền hóa ion này sẽ thúc đẩy
phản ứng .Ngoài ra sự ảnh hưởng cấu tạo của rượu và của tác nhân axit
cũng tương tự như trường hợp ester hóa bình thường . Do vậy một vài
ester , đặc biệt là ester của axit sunfuric và arilsulfonic là những tác
nhân alkyl hóa thông dụng .
Trong trường hợp axit cacbonxyl , các tính chất tương tự thể hiện rõ:

ArSO
2
OR ArSO
2
OH + ROR

+ROH
còn các ester thường là sản phẩm phụ của quá trình này .
Ester của rượu ba chức mà trong quá trình tổng hợp và biến đổi
chúng sẽ sinh ra các iso olefin như là sản phẩm phụ :
11
Các phản ứng ngược của quá trình nảy chính là cơ sở của sự tổng
hợp trực tiếp ester từ axit cacbonxyl và olefin .Phản ứng tỏa nhiệt và
thuận nghịch và các thông so nhiệt động học của nó có thể tính được
theo trình tự các giai đoạn cộng hợp nước của olefin và ester hóa rượu
RCH = CH
2
RCHOH - CH
3
RCOO - CHR - CH
3
+H
2
O
+RCOOH
Hằng so cân bằng của quá trình sẽ bằng tích so hằng so cân bằng các
phản ứng hợp nước và ester hóa . Ở các điều kiện giống nhau giá trị
hằng so cân bằng đối với iso olefin và do đó đối với ester ba chức là
nhỏ nhất .Mặt khác , khả năng phản ứng của olefin phụ thuộc vào độ
bền của các ion , ion cacboni và thay đổi theo dãy sau :
(CH
3
)
2
C = CH
2

> CH
3
– CH = CH
2
> CH
2
= CH
2
Do etylen có khả năng phản ứng thấp nên đòi hỏi nhiệt độ rất cao .
1.2. Hóa học và lý thuyết của sự ester hóa:
Phản ứng ester hóa là các phản ứng tạo ra các liên kết ester. Nhưng ở
dây chúng ta chỉ nghiên cứu phản ứng ester hóa của axit, anhydrite và
cloanhydric với các rượu và olefin.
1.2.1. Phản ứng ester hóa của axit hữu cơ, axit vô cơ với rượu:
Đây là phản ứng quan trọng nhất:
RCOOH + R’COOH ↔ RCOOR’ + H
2
O.
Trường hợp các rượu lưỡng chức và axit luỡng chức hình thành
nhiều loại ester khác nhau phụ thuộc vào tỉ lệ mol ban đầu
12
Khi rượu và axit đều là hợp hất lưỡng chức thì sẽ hình thành hợp
chất cao phân tử:
Đối với các axit vô cơ như
2 3 3 4
H CO ,H PO
phản ứng với rượu không
dẫn đến kết qủa mong muốn vì vậy để thu đươc các ester của các axit
nỳ ta phải sử dụng dạng anhydric:
2 3 3 2

COCl +CH OH CO(OCH ) +HCl
→
Có thể thay thế các anhydric thay thế cho các cloanhydric. Phản ứng
diễn ra theo hai giai đoạn :
Về hoạt tính hóa học của các tác nhân este hóa nêu trên có thể sắp
xếp theo dãy sao đây
RCOCl > (RCO)
2
O > RCOOH
Gần đây người ta sử dụng phương pháp các este hóa trực tiếp Axit
Cabonyl bằng các olefin không qua giai đoạn hợp nước của các olefin
để tạo thành rượu.
1.2.2. Điều kiện phản ứng và xúc tác:
Các phản ứng este hóa điều là phản ứng thuận nghịch. Sự este các
rượu bằng Axit Cabonyl có thể tiến hành không cần xuc tác nhưng xảy
ra tương đối chậm để đạt được vận tốc tương đối thì cần nhiệt độ cao
13
200300
0
C.Tuy nhiên có một số phản ứng este không cần phải sử
dụng xúc tác bởi vì sự có mặt xúc tác làm chất lượng sàn phẩm kém
Trong pha lỏng quá trình este hóa sử dụng xúc tác axit
(H
2
SO
4
,HCl,Arylsulfonic,nhựa trao đổi ion,,),Khi đó phản ứng xảy ra ở
nhiệt độ 70150
0
C.

Trong pha khí sử dụng xúc tác dị thể như Al
2
O
3
,Alumosilicat
photsphat…
Phản ứng este hóa của ancol với Axitcacbonyl trong pha lỏng xảy ra
dần như không có sự hấp thu hay tóa nhiệt ( hiệu ứng nhiệt = 0 ).Giống
như vậy hằng số của phản ứng này không phụ thuộc vào nhiệt độ.Còn
các phản ứng este hóa rượu bằng anhydric và cloanhydric là các quá
trình tỏa nhiệt.
Trạng thái cân bằng của phản ứng Axit Cacboxyl với rượu
2
[ '],[ ]
[ ].[ ' ]
c
RCOOR H O
K
RCOOH R OH
=
Hằng số câm bằng Kc phụ thuộc vào cấu tạo axit và cấu tạo
rượu.Nếu các mạch cacbon trong phân tử rượu tăng sẻ làm giảm hàm số
cân bằng.Hằng số cân bằng được xếp theo thứ tự tăng dần:
Rượu bậc nhất no mạch thẳng> rượu bậc 2 no và rượu allil và benzil
> rượu bậc 3 và phenol.
Các cấu tạo của axit cacboxylic ít ảnh huởng đén cân bằng phản ứng
ester hóa đơn và sự ảnh hưởng này ngược chiều với rượu. Khi tăng
chiều dài và sư phân nhánh của mạch cacbon trong phân tử axit thì
hằng sô cân bằng có xu hướng tăng lên.
Đối với các phản ứng diễn ra trong pha khí, có hằng số cân bằng lớn

hơn vì nó phụ thuộc vào nhiệt độ.
14
*Các phương pháp tăng độ chuyển hóa của các cấu tử tham gia
phản ứng:
- Trong pha lỏng: có nhiều phương pháp nhưng hữu hiệu nhất là
chưng cất este ra khỏi hỗn hợp phản ứng.
- Trong pha khí: để tăng hiệu suất chuyển hóa người ta lấy dư một
trong hai cầu tử (thường chọn cấu tử rẻ tiền hơn).
Có thể dễ dàng nhận thấy quá trình ngược lại là sự thủy phân este, để
tăng hiệu suất nên lấy dư nước.
1.2.3. Cơ chế phản ứng O-ankyl hóa tạo ester:
Trong số các phương pháp điều chế ester thì phương pháp tạo ester
đơn giản nhất và thông dụng nhất là phản ứng loại nước giữa acid và
ancol. Đây là một phản ứng thuận nghịch (và là phản ứng ngược của
phản ứng thuỷ phân ester), và để phản ứng chuyển dịch về phía phải (về
hướng tạo ra ester) thì cần phải có acid proton H+ làm xúc tác.
Phân tử nước loại ra trong phản ứng trên có thể xuất phát từ OH của
acid hoặc của ancol. Nhưng đối với phản ứng điều chế ester theo con
đường O-ankyl hoá thì phân tử nước loại ra từ -OH của acid.
Ở đây bậc của ancol sẽ quyết định cơ chế phản ứng, nếu muốn tách
phân tử nước có chứa nhóm –OH của ancol thì cần phải ester hoá ancol
bậc 3 (theo cơ chế SN1). Nhưng nếu muốn tách phân tử nước chứa
nhóm –OH của acid thì ancol đem phản ứng sẽ phải là ancol bậc 1 hay
bậc 2, và sẽ xảy ra theo cơ chế thế electrophin lưỡng phân tử SN2.
Dưới tác dụng của xúc tác acid, proton gắn vào cacbonyl của nhóm
cacboxyl để tạo ra hydraxyli ion , cùng lúc đó đôi điện tử của nguyên tử
oxi thuộc nhóm –OH của ancol tấn công vào ion dương axyl để hình
15
thành nên ion của ester đã được proton hoá, cuối cùng ion này loại
nước và proton để sinh ra ester:

Phần II : CÔNG NGHỆ ESTE HÓA – SẢN XUẤT ETYL
AXETAT
2.1. Công nghệ este hóa:
Các quá trình este công nghệ tổng hợp este có thành hai nhóm
chính:
16
Quá trình pha lỏng: là các quá trình không có xúc tác hoặc xúc tác
đồng thể, trong đó phản ứng ở mức độ ít hoặc nhiều trùng lặp với sự
chưng cất.
Các quá trình với sự xúc tác dị thể trong pha lỏng hay pha khí được
thực hiện trong các thiết bị dạng ống chùm, không có sự trùng lặp với
các gia đoạn chưng cất.
2.2. Qui tắc chung tiến hành phản ứng este:
Các nguyên liệu (axit cacboxylic, ancol và xúc tác) được cân đong
cho vào nồi phản ứng, đung hồi lưu trong thời gian nhất định để tiến
hành phản ứng. Trong quá trình phản ứng tùy điểm sôi và tính chất vật
lý, hóa học của nguyên liệu và thành phần mà cất loại nước ra hoặc este
ra để đẩy nhanh phản ứng. Sau thời gian phản ứng kết thúc tùy theo
từng phản ứng cụ thể mà tính chế cho phù hợp.
Este có nhiệt độ sôi cao của các axit và rượu chậm bay hơi. Thuộc về
các nhóm này là các este của các điaxit (phtalic, seboxylic, adipic), este
của các monoaxit C
4
– C
5
và của các rượu đa chức glycol, glyxerin vá
các rượu phân tử lượng lớn. Trong hỗn hợp các chất trên thì nước sẽ là
cấu tử dễ bay hơi nhất, do vậy người ta chưng tách riêng biệt nó. Để
tăng cường tách nước có thể sử dụng khí trơ hoặc tiến hành chưng cất
chân không.

Este có nhiệt sôi cao của các axit và rượu tương đối chậm bay hơi.
Trong nhóm này có este của axit với các rượu C
1
– C
8
, cũng như este
của axit fomic, acetic với glycol hay glyxerin. Khi chưng tách nước thì
có thể các cấu tử dễ bốc hơi tách theo. Rượu butylic và các rượu cao
hơn tạo thành với nước hỗn hợp đẳng phí, sau khi ngưng tụ sẽ tách
thành hai lớp riêng biệt. Có thể đưa lớp rượu ở bên trên trở lại phản
ứng, như vậy sẽ đạt được độ chuyển hóa cao. Còn trong trường hợp cấu
17
H
2
SO
4
tử bay hơi cùng với nước không phân lớp sau khi ngưng tụ, người ta có
thề thêm vào đó một số chất tạo với nước hỗn hợp đẳng phí benzen…).
Nước sẽ tách ra cùng với chất đẳng phíccó nhiệt độ sôi thấp sau khi
tách lớp đẳng phí lại đưa trở lại phản ứng. Đối với các hỗn hợp này
người ta thường cho lượng rượu phản ứng dư, sau đó chưng tách phân
đoạn để tách rượu ra khỏi nước.
Este có nhiệt độ sôi trung bình và tạo với nước (hoặc với nước và
rượu) hỗn hợp đẳng phí, trong đó nước chiếm ưu thế (về tỉ lệ mol).
Thuộc nhóm này là butyl- và amilacetat. Quá trình phân tách được thực
hiện tương tự. Sau khi ngưng tụ, hỗn hợp đẳng phí sẽ tách thành hai
pha: pha nước và pha hữu cơ. Pha hữu cơ bao gồm este và rượu sẽ được
đưa trở lại phản ứng.
Este dễ bốc hơi và tạo thành với rượu và nước hỗn hợp đẳng phí
trong đó este chiếm ưu thế so với nước. Khi chưng cất hỗn hợp này thì

hỗn hợp phản ứng sẽ chứa nhiều nước. Như vậy trong trường hợp này
este thu nhận dưới dạng ngưng tụ cùng với nước và rượu.
Quá trình este hóa đồng thời chưng cất hỗn hợp đẳng phí được tiến
hành theo phương pháp liên tục hoặc gián đoạn. Thực tế người ta sử
dụng phương pháp liên tục nhiều hơn.
Để hiểu rõ hơn về công nghệ sản xuất este, ta xét sơ đồ công nghệ
sản xuất một este dễ bốc hơi, được ứng dụng nhiều trong công nghiệp
là etylacetat CH
3
COOC
2
H
5
.
2.3. Sản xuất etylacetat:
2.3.1. Phương trình phản ứng:
CH
3
COOH + C
2
H
5
OH CH
3
COOC
2
H
5
+ H
2

O
18
Đây là một phản ứng este hóa được thực hiện bằng công nghệ liên
tục. Với việc cất đẳng phí ba cấu tử (terneary azeotrop) có thể chuyển
dịch cân bằng về phía sản phẩm.
2.3.2. Đặc trưng của các nguyên liệu và thành phẩm:
Acid acetic có nhiệt độ sôi là 118
0
C, etanol là 78
0
C, etylacetat sôi ở
77
0
C. Điểm sôi đẳng phí ba cấu tử este – etanol – nước là 70
0
C (thành
phần là 83,2% este, 9% ancol, nước…). Điểm sôi đẳng phí hai cấu tử
của nước – etanol là 78.2
0
C, của este – etanol là 71.8
0
C, của este – nước
là 70.5
0
C.
Etylacetat là một dung môi quan trọng được sử dụng làm nguyên
liệu cho nhiều quá trình tổng hợp (như trong sản xuất etyl acetoacetat),
làm hương liệu.
• Thiết bị
Trong các công nghệ liên tục thường sử dụng các thiết bị tháp đĩa

loại mũ chóp sủi bọt, vật liệu làm thiết bị là thép chịu axit.
• Công nghệ sản xuất
Dây chuyền sản xuất được minh họa theo sơ đồ sau:
19
Sơ đồ 2.3 Quy trình sản xuât Etylacetat
Thuyết trình công nghệ
Từ các thùng 1, 2, 3 đong các nguyên liệu vào thiết bị tiền phản ứng
4 (nồi hai vỏ,có máy khuấy) với tỷ lệ mol là axit acetic : etanol : H
2
SO
4
= 1 : 1.5 : 0,005. Sau khi hỗn hợp phản ứng đã đạt tới điểm cân bằng
được bơm qua bình cao vị 5, hỗn hợp được chạy qua thiết bị làm nóng
6 trước khi đi vào tháp 7. Nhiệt độ đỉnh tháp duy trì ở 80
0
C. Hơi cất ra
sau khi đi qua thiết bị ngưng tụ 8 được dẫn vào thiết bị chưng cất 9, tại
đỉnh tháp duy trì nhiệt độ sản phẩm cất ra là 70
0
C – tương ứng với nhiệt
độ sôi hỗn hợp đẳng phí, sản phẩm sau khi đi qua thiết bị ngưng tụ 10
được trộn với nước trong thiết bị 11, sau đó được tách pha trong thiết bị
phân pha 12. Pha trên (là pha hữu cơ) có chứa khoảng 93% este và 2%
ancol được dẫn tới tháp 13. Sản phẩm tách loại đỉnh tháp có nước và
ancol (do vậy mà người ta gọi tháp này là tháp làm khan hay tháp sấy
khô).
Sản phẩm đáy được làm lạnh qua 15 thu được etylacetat nồng độ 98
- 100% được chứa vào thùng chứa 16.
Lưu ý:
• Trong phản ứng lượng nước sinh ra nhiều hơn lượng nước rời khỏi

hệ thống vì vậy ở dưới tháp số 7 nước và axit được tháo ra liên tục.
• Ở đáy tháp số 9 sản phẩm được dẫn ngược trở lại tháp số 7 để tăng
hệu suất của quá trình chưng chat.
• Hai thiết bị số 4 là để đảm bảo cho dây chuyền hoạt động một cách
liên tục, hai thiết bị này thay nhau làm việc.
• Tinh chế, làm khan este được tiến hành bằng việc cất đẳng phí.
20
21
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Phạm Văn Bôn, Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học tập
10(1999), NXB Đại học Bách Khoa, t/p Hồ Chí Minh.
[2]. Hồ Lê Viên, Tính toán và thiết kế các chi tiết thiết bị hóa chất và
dầu khí (2006), NXB KHKT, Hà Nội.
[3]. Pts Trần Xoa, Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập
1 (1978), NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội.
[4]. Pts Trần Xoa, Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất
tập 2(1999), NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội.
22