thiết kế phân xưởng sản xuất vc (vinyl clorua) từ hcl và c2h2 với xúc tác hgcl2 mang trên than hoạt tính ở pha hơi năng suất 91000 tấn năm

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Đề tài : Thiết kế phân xưởng sản xuất VC (vinyl clorua) từ HCl và C
2
H
2
với
xúc tác HgCl
2
mang trên than hoạt tính ở pha hơi năng suất 91000 tấn/năm.
MỞ ĐẦU

Công nghệ tổng hợp vật liệu polyme đã ra đời từ khá lâu và không ngừng
phát triển cho đến ngày nay. Cùng với sự phát triển đó là hàng loạt các vật liệu
polyme ra đời và nhanh chóng cho thấy được những tính năng ưu việt của nó.
Nó đã thay thế được nhiều vật liệu đắt tiền cũ vẫn sử dụng đồng thời bổ sung
thêm cho nguồn vật liệu cần sử dụng trong những môi trường khắc nghiệt.
Chính vì những đặc tính đó mà vật liệu polyme đã và đang được sử dụng một
cách rộng rãi trong công nghiệp và trong dân dụng.
Để ngành công nghiệp và vật liệu polyme tồn tại và không ngừng phát
triển đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của con người thì vấn đề quan trọng đặt
ra là nguồn nguyên liệu cung cấp cho nó phải liên tục phát triển cả về chất
lượng lẫn chủng loại.
Vinyl clorua gọi tắt là VC có công thức hoá học là CH
2
= CH- Cl, là một
trong những monome đã được phát hiện từ rất sớm. Tuy nhiên cho đến tận năm
1912 người ta mới tìm ra phương pháp điều chế. Từ đó đến nay ngành công
nghiệp sản suất VC phat triển rất nhanh chóng. Ngay tại thời điểm đó theo
thống kê sản lượng hàng tháng ở Nhật đã lên tới 1500 tấn. Ở nhiều nước công

nghiệp khác công nghệ sản xuất VC cũng liên tục phát triển.
VC là một monome khá quan trọng trong tổng hợp nhiều loại vật liêu
polyme có nhiều tính năng quý. Trong đó phải kể đến poly vinylclorua(PVC).
PVC là một loại chất dẻo có nhiều tính chất tốt như : có độ ổn định hoá học
cao, ít bị ăn mòn và phá huỷ bởi axít sulfuric (H
2
SO
4
), axít clohydric (HCl) và
Sinh viên : Page 1
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
một số dung môi hữu cơ khác, khả năng co giãn và độ bền tương đối lớn, có
tính cách điện. Ngoài ra nhựa PVC còn có tính không thấm nước, không bị phá
hủy khi gặp nước, nhưng lại là vật liệu dễ nhuộm màu. Do các tính chất tốt như
vậy nên PVC được sử dụng để chế tạo các loại ống dẫn các chất hoá học, làm
vật liệu lót bên trong các thiết bị hoá học làm việc trong môi trường ăn mòn, ở
nhiệt độ thấp để thay thế các loại thép không rỉ và hợp kim. Nhựa PVC còn
được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác như : công nghiệp điện (sản
xuất các loại dây bọc), trong xây dựng, trong ngành sản xuất da nhân tạo … Do
mang nhiều đặc tính tốt như vậy nên nhu cầu sử dụng nhựa PVC của nhiều
ngành công nghiệp tăng lên một cách nhanh chóng kéo theo đó là sự phát triển
về công nghệ tổng hợp PVC.
Công nghệ sản xuất VC cũng đã có nhiều phát triển. Hiện nay đã có nhiều
phương pháp công nghệ sản xuất VC từ những nguồn nguyên liệu khác nhau
hoặc từ một nguồn nguyên liệu có thể có nhiều công nghệ khác nhau. Vấn để
quan trọng đặt ra là phải tìm xem công nghệ nào là phù hợp nhất để đảm bảo
xây dựng được một phân xưởng sản xuất VC đạt được cả về chất lượng cũng
như về số lượng sản phẩm. Có như thế mới thu được hiệu quả kinh tế cao nhất.
Sinh viên : Page 2
ĐỒ ÁN MÔN HỌC

PHẦN I:TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
CHƯƠNG I:GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM
I.AXETYLEN :
I.1.Tính chất vật lý :
Ở nhiệt độ thường Axetylen là chất khí không màu, ở dạng tinh khiết có mùi
ete yếu, các hằng số vật lý đặc trưng của axetylen :
- Nhiệt độ ngưng tụ là - 83,8
o
C (ở 0,102 MPa), nhiệt độ tới hạn là 35,5
o
C
- Áp suất tới hạn là 6,04 MPa
- Trọng lượng riêng (ở 0
0
C và 760 mmHg) là: 1,171 kg/m
3
- Trọng lượng phân tử : 26,02 kg/kmol
- Nhiệt dung riêng
20
p
C
: 0,402 kcal/kg.độ
- Nhiệt cháy
H
∆
: 13,378 Kcal/m
3
Nhiệt cháy của Axetylen toả ra khá lớn, chính vì vậy mà người ta dùng nó
làm nhiên liệu để cắt, hàn kim loại.
- Giới hạn nổ của C

2
H
2
xảy ra trong giới hạn nhiệt độ và áp suất nhất định.
Ví dụ :
Ở nhiệt độ 0
0
C và 1at : C
2
H
2
tạo với không khí một hỗn hợp nổ trong giới
hạn từ 2,53 – 78 % thể tích C
2
H
2
.
Ở áp suất 5 at thì giới hạn nổ thay đổi trong khoảng rộng hơn 2,53 – 100%
thể tích C
2
H
2
.
Độ nguy hiểm về cháy nổ của axetylen càng gia tăng do sự phân rã nó
thành những chất đơn giản và kèm theo toả nhiều nhiệt :
C
2
H
2

→
2C + H
2
(
H
∆
= -54,2 Kcal/mol )
Sinh viên : Page 3
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Sự phân rã này xảy ra khi không có oxi nhưng có những chất kích hoạt
tương ứng (tia lửa, đốt cháy do ma sát). Khi ở áp suất 0,2 Mpa, sự phân rã có
đặc điểm cục bộ và không nguy hiểm. Ở áp suất cao hơn, sự phân rã có đặc tính
nổ với sóng kích nổ được lan truyền với vận tốc lớn hơn 1000 m/s. Sự dễ nổ
của axetylen sẽ giảm khi nó được thêm vào khí trơ hoặc hơi trơ, chúng sẽ tích
nhiệt của sự phân rã đầu tiên và ngăn cản sự phân hoá nổ của axetylen. Khi đó
áp suất chống nguy hiểm cao nhất của hỗn hợp phụ thuộc vào nồng độ của
axetylen. Tính dễ nổ của axetylen càng tăng khi có mặt các kim loại có khả
năng tạo thầnh axetilua (hoặc cacbua) (ví dụ : Cu
2
C
2
), chính vì thế những kim
loại này cần được chú ý khi lựa chọn nguyên liệu thiết kế.
Để phòng tránh cháy nổ, người ta thường giới hạn áp suất khi sản xuất
axetylen và trong tổng hợp khác, hoặc pha loãng axetylen bằng khí trơ ( ví dụ
N
2
). Khi nén khí axetylen người ta dùng máy nén khí đặc biệt, nó có vận tốc
dịch chuyển thấp, mức độ nén nhỏ và nhiệt độ thay đổi sau mỗi bậc nén khí
100

o
C.
Ngoài ra Axetylen còn dễ dàng tạo thành hỗn hợp nổ với : Flo; Clo nhất là
khi có tác dụng của ánh sáng. Để giảm bớt khả năng nổ của C
2
H
2
khi vận
chuyển người ta thường pha thêm khí trơ như : Hydro, amoniac vào thùng chứa
C
2
H
2
.
Tính chất quan trọng khác của axêtylen là khả năng hoà tan của nó lớn hơn
nhiều so với những hydrocacbon khác. Cụ thể trong 1 thể tích nước ở 20
0
C có
thể hoà tan được 1 thể tích axetylen, còn ở 60
0
C hoà tan được 0,37 thể tích.
Axetylen có khả năng tan tốt trong nhiều dung môi hữu cơ như: metanol,
axeton, đimetylfornami… Độ hoà tan của axetylen có ý nghĩa rất quan trọng để
điều chế và tách nó ra khỏi hỗn hợp với khí khác.
I.2. Tính chất hoá hoc :
Axetylen có công thức phân tử C
2
H
2
và có công thức cấu tạo là :

CHCH ≡
Sinh viên : Page 4
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
C
2
H
2
là hydro cacbon không no có chứa liên kết ba trong phân tử do vậy có khả
năng hoạt động hoá học cao.
Liên kết ba phân tử C
2
H
2
được tạo thành do liên kết
σ
và hai liên kết
π
chính vì vậy mà khi tham gia phản ứng hoá học liên kết ba trong phân tử C
2
H
2
dễ bị phá vỡ tạo liên kết đôi hoăc hợp chất bão hoà.
Các phản ứng đặc trưng cho tính chất hoá học của axetylen:
I.2.1. Phản ứng thế:
Khi tác dụng C
2
H
2
với kim loại kiềm, Cu, Ag,Ni, Hg, Co, Zn… tạo thành
axetylenit kim loại rất dễ nổ.

2CH CH Cu Cu C C Cu≡ + → − ≡ −
I.2.2. Phản ứng cộng :
- Phản ứng cộng hydro với xúc tác kim loại(Ni, Pd) :

2 2 2
CH CH H CH CH≡ + → =
CH
2
= CH
2
+ H
2

→
CH
3
- CH
3
Axetylen tác dụng với hydro cho ta etylen. Phản ứng tiến hành trên xúc tác
Paladi trên CaCO
3
ở 1 at và 250 –300
0
C.

0
1 ,250 300
2 2 2
at C

CH CH H CH CH
−
≡ + → =
Đây là phản ứng điều chế Etylen được sử dụng trước đây ở một số nước
thiếu Etylen.
- Với xúc tác là Hg
++
C
2
H
2
sẽ tác dụng với nước tạo thành axetalđêyt
CH
≡
CH + H
2
O
 →
− C
o
10075
CH
3
CHO
Khi có oxyt Kẽm và ôxyt sắt làm xúc tác thì C
2
H
2
sẽ tác dụng với hơi tạo
thành axeton.

Sinh viên : Page 5
ZnO
CH CH + 3H2O CH3 C CH3 + CO2 + 2H2O
360 – 4500 C
O

ZnO
CH CH + 3H2O CH3 C CH3 + CO2 + 2H2O
360 – 4500 C
O
ZnO
CH CH + 3H2O CH3 C CH3 + CO2 + 2H2O
360 – 4500 C
O
ZnO
CH CH + 3H2O CH3 C CH3 + CO2 + 2H2O
360 – 4500 C
O
≡
+ H2S
CH2 CHSH
`
Vinyl mercaptan
+ H2S
- S
C2H5SH
Etylmercaptan
H2C CH2
S
S

Thio oxyt etylen
C2H S CH CH2
Etyl vinylsul%t
+C2H2
Polyme thiokol
+C2H5SH
C2H5 S (CH2)2 S C2H5
Etylen dietyl sul%t
ĐỒ ÁN MÔN HỌC

- Dưới tác dụng của KOH ở nhiệt độ 150 – 160
0
C áp suất 4- 20 at axetylen tác
dụng với rượu tạo thành ete :

0
2
150 160
KOH
C
CH CH ROH CH CHOR
−
≡ + → −
- Tác dụng với Hydrôsulfua ở 120
0
C tạo thành một số hợp chất có lưu huỳnh :
Ngoài ra axetylen còn kết hợp với mercaptan :
CH
≡
CH + RSH

→
CH
2
= CHSR
- Axetylen tham gia phản ứng cộng với các halozen : clo, brom
Các phản ứng tiến hành theo hai giai đoạn :
CH
≡
CH
→
2
Cl
CHCl= CHCl
→
2
Cl
CHCl
2
- CHCl
2
CH
≡
CH
→
2
Br
CHBr= CHBr
→
2
Br

CHBr
2
- CHBr
2
Sinh viên : Page 6
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Đối với clo, ở điều kiện thường phản ứng xảy ra quá mãnh liệt, toả nhiều
nhiệt nên gây ra phân huỷ. Trong điều kiện kỹ thuật, người ta thực hiện được
phản ứng cộng clo trực tiếp vào axetylen trong những khối xốp.
- Cộng axit :
+ Axetylen có thể tham gia phản ứng với các axit vô cơ như HCl, H
2
SO
4
,
HCN: ví dụ: CH
≡
CH + HCl
→
CH
2
= CHCl
Quá trình trên tiến hành trong pha lỏng với xúc tác Cu
2
Cl
2
hoặc trong pha khí
với xúc tác HgCl
2.
CH

≡
CH + H
2
SO
4
→
CH
2
= CH - OSO
3
- H
CH

CH + HCN
2
80 ;
o
C CuCl
→
CH
2

CH – CN
Các sản phẩm của các phản ứng trên đều là những monome quan trọng
trong tổng hợp chất dẻo.
+ Axetylen có thể tham gia phản ứng với các axit hữu cơ với xúc tác phù hợp :
CH

CH + ROOH
 →

xt
o
t ;
CH
2


CH-OCOR
Ví dụ :
Axetylen tác dụng với axit axetic,sản phẩm của phản ứng là VA một
monome khá quan trọng trong công nghiệp tổng hợp chất dẻo (poly
vinylaxetat).
I.2.3. Phản ứng trùng hợp :
Do trong phân tử Axêtylen có chứa liên kết ba ( liên kết không no ) .Vì
vậy nó có thể tham gia phản ứng trùng hợp . Tuy nhiên với xúc tác và điều kiện
phản ứng khác nhau sẽ cho những sản phẩm trùng hợp khác nhau .
- Với xúc tác là bột đồng (Cu) :
2n CH

CH
0
200 300 ,C Cu
−
→
(CH)
2n

Sinh viên : Page 7
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Kypren

Người ta sử dụng kypren ( (CH)
2n
) làm chất cách điện.
- Mặt khác khi thổi axetylen qua dung dịch bão hoà Cu
2
Cl
2
:
2 CH

CH
0
2
80 , C CuCl
→
CH
2
= CH - C

CH
Vinyl axetylen
Vinyl axetylen là bán sản phẩm để sản xuất cao su tổng hợp clopren.
I.3. Sản xuất Axetylen :
Axetylen có thể được điều chế từ nhiều phương pháp khác nhau với
nguyên liệu ban đầu khác nhau . Tuy nhiên quá trình sản xuất axetylen trong
công nghiệp chủ yếu là từ hai nguồn nguyên liệu chính là :
-Từ khí tự nhiên và khí dầu mỏ.
-Từ than đá và đá vôi.
I.3.1. Từ khí tự nhiên và khí dầu mỏ :
Đây là phương pháp phổ biến đối với các nước có nguồn dầu mỏ và khí tự

nhiên. Nguyên liệu dùng điều chế axetylen có thể là hydro cacbon lỏng hoặc
khí, hỗn hợp khí hoặc riêng từng loại khí. Tuy nhiên thành phần nguyên liệu là
yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới hiệu suất sản phẩm. Các parafin cấu tạo thẳng
khi nhiệt phân cho ta hiệu suất axetylen cao nhất.
Các phản ứng có thể xảy ra trong quá trình sản xuất axetylen từ khí tự nhiên
và khí dầu mỏ :
2CH
4

→
C
2
H
2
+ 3H
2
C
2
H
6

→
C
2
H
2
+ 2H
2
2C
3

H
8

→
3C
2
H
2
+ 5H
2
C
4
H
10

→
2C
2
H
2
+ 3H
2
Có 3 phương pháp phân huỷ hydro cacbon để được axetylen:
- Cracking nhiệt
Sinh viên : Page 8
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
- Cracking điện
- Cracking nhiệt oxy hoá
Tuỳ thuộc vào nguyên liệu ban đầu khác nhau mà người ta có những công
nghệ, điều kiện công nghệ để đạt được hiệu suất chuyển hoá axetylen cao nhất

Ví dụ : Bằng phương pháp cracking nhiệt metan, butan và propan :
Bảng 1 : Thành phần sản phẩm khí của quá trình nhiệt phân
Khí
Thành phần khí ( % thể tích )
Cracking metan Cracking propan Cracking butan
C
2
H
2
9,8 10,0 12,3
C
2
H
4
0,3 3,8 17,6
CH
4
15,7 15,0 26,4
H
2
70,7 55,7 38,0
N
2
3,5 5,2 1,4
Các khí khác - 10,3 4,3
I.3.2. Từ cancicacbua :
Quá trình sản xuất axetylen bằng phương pháp này bao gồm hai giai đoạn :
- Giai đoạn 1 : sản xuất canxicacbua ( CaC
2
).

Trong giai đoạn này người ta cho đá vôi tác dụng với than (cốc và antraxit )
trong lò điện ở nhiệt độ cao đe thu được canxicacbua. Quá trình thực hiện theo
phản ứng :
CaO + 3C
→
CaC
2
+ CO
Để phản ứng này xảy ra cần tiêu tốn một năng lượng rất lớn và nhiệt độ của
phản ứng rất cao. Tuy nhiên chỉ có 70-80% đá vôi tham giai phản ứng.
- Giai đoạn 2 : cho canxicacbua thu được tác dụng với nước sẽ thu được
axetylen.
CaC
2
+ 3H
2
O
→
C
2
H
2
+ Ca(OH)
2
Quá trình hợp nước của CaC
2
trong các thiết bị còn được gọi là quá trình tái
sinh axetylen. Theo nguyên tắc của sự thoát nhiệt, nó chia ra làm hai loại:
Sinh viên : Page 9
ĐỒ ÁN MÔN HỌC

+ Thiết bị tái sinh loại ướt: là loại thiết bị mà nhiệt của phản ứng được giải
phóng bằng nước dư để đun nóng lên 50- 60
O
C. Trong đó cứ 1kg CaC
2
thì cần
10 kg H
2
O, như thế Ca(OH)
2
thu được ở dạng huyền phù trong nước, ít có lợi
cho việc tận dụng tiếp theo.
+ Thiết bị tái sinh loại khô: là loại thiết bị trong đó nhiệt phản ứng được lấy
ra do một khối lượng nước dư nhờ sự hoá hơi của nó. Ca(OH)
2
thu được ở dạng
khô (vôi tôi) và nó được sử dụng để chế biến vật liệu xây dựng.
II. Axít clohydrit ( HCl ) :
II.1. Tính chất vật lý :
HCl ở dạng nguyên chất là một chất khí không màu có mùi hắc. Tan mạnh
trong nước, trong điều kiện không khí ẩm sẽ tạo hiện tượng khói. Đây là một
khí khá bền với nhiệt độ.
Tỷ trọng d =1,35 g/cm
3
Trọng lượng phân tử : 35,5 kg/kmol
Nồng độ lớn nhất của dung dịch HCl là : 35%
II.2. Tính chất hoá học :
HCl là một axít vô cơ điển hình. Khi hoà tan trong nước nó điện ly hoàn
toàn:
HCl + H

2
O
→
H
3
O
+
+ Cl
-
- Tác dụng với kiềm và kim loại :
Ví dụ :
HCl + NaOH
→
NaCl + H
2
O
2HCl + Zn
→
ZnCl
2
+ H
2
- Tác dụng với muối :
Ví dụ :
CaCO
3
+ 2HCl
→
CaCl
2

+ H
2
O + CO
2
- Ngoài ra axít clohydrit còn phản ứng được với nhiều hợp chất hữu cơ.
Sinh viên : Page 10
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Ví dụ :
HCl + CH
≡
CH
→
CH
2
= CH - Cl
Vinyl clorua
HCl + CH
2
= CH
2

→
CH
3
- CH
2
- Cl
Clo etan
II.3. Điều chế HCl :
- Trong phòng thí nghiệm :

Từ NaCl rắn và dung dịch H
2
SO
4
đặc
NaCl + H
2
SO
4 (đặc)

0
200t C≤
→
NaHSO
4
+ HCl
2NaCl + H
2
SO
4 (đặc)

0
200t C≥
→
Na
2
SO
4
+ 2HCl
- Trong công nghiệp :

Người ta tiến hành tổng hợp HCl từ nguyên liệu ban đầu là H
2
và Cl
2

H
2
+ Cl
2
0
ánh sáng
t C
→
¬ 

2HCl
III. Vinyl clorua (VC) :
III.1. Tính chất vật lý :
Vinyl clorua gọi tắt là VC, ở điều kiện tiêu chuẩn nó là chất khí không
màu, có mùi ete nhẹ, rất dễ cháy ( tạo với không khí hỗn hợp cháy nổ trong giới
hạn 4 – 22% thể tích ). Đây là chất khí khá độc với con người đặc biêt khi hít
phải không khí có nồng độ VC lớn.
- Nhiệt sôi : -13,4
o

C
- Nhiệt độ nóng chảy : -153,8
o
C
- Tỷ trọng d

20
4
: 0,9834
- Nhiệt hoá hơi : 85,7 Kcal/kg
- Nhiệt độ tới hạn : 142
o
C
- Khối lượng riêng : 0,969 g/cm
3
Sinh viên : Page 11
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
VC rất ít tan trong nước ( ở 25
o
C 100 gam nước chỉ hoà tan được 0,11 gam
VC ). Ngược lại nó lại tan tốt trong nhiều dung môi hữu cơ như: axeton; etanol;
hydrocacbon thơm …
III.2. Tính chất hoá học :
Vinyl clorua (VC) có công thức phân tử là C
2
H
3
Cl, công thức cấu tạo :
CH
2
= CH- Cl
Trong phân tử có chứa liên kết đôi và một nguyên tử clo. Chính vì vậy tính chất
hoá học cơ bản của nó là :
- Tính chất của liên kết đôi (liên kết không no).
- Tính chất của nguyên tử clo linh động.
a. Tính chất của hợp chất không no :

- Phản ứng cộng :
Do trong phân tử VC có chứa nhóm vinyl, vì vậy VC mang tính chất hoá
học của một olefin đó là tham gia phản ứng cộng.
Ví dụ :
Cộng halozen :
CH
2
- CHCl + Cl
2

→
ClCH
2
- CH(Cl
2
)
Cộng axít :
CH
2
- CHCl + HCl
→
CH
3
- CH(Cl)
2
-Phản ứng oxy hoá :
Khi có clo, oxy:
CH
2
= CHCl + O

2

 →
−

2
Cl15050
;
o
ClCH
2
- CHO
- Phản ứng trùng hợp:
Sinh viên : Page 12
t0, p, xt
nCH 2 CH Cl CH2 CH
Cl n
Poly vinylclorua (PVC)
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Do trong phân tử có chứa liên kết đôi, vì vậy VC có thể tham gia phản ứng :
+ Trùng hợp tạo polymer.
+ Tham gia phản ứng đồng trùng hợp với các monome khác như: viny axetat
(C
2
H
3
COOCH
3
); vinylyden clorit (C
2

H
2
Cl
2
) … Tạo polyme
b.Tính chất của nguyên tử Clo linh động :
+ Phản của VC với kiềm làm tách ra phân tử HCl khỏi phân tử VC và cho ta
C
2
H
2
.
CH
2
= CHCl + NaOH
→
CH
≡
CH + NaCl + H
2
O
+ Tác dụng với alcolat hoặc phênolat tạo ete vinylic :
CH
2
= CHCl + RONa
→
CH
2
= CH
2

OR + NaCl
+ Tác dụng với kim loại :
CH
2
= CHCl + Mg
→
CH
2
= CH - Mg- Cl
III.3. Ứng dụng của VC :
Ứng dụng quan trọng nhất của VC là làm nguyên liệu cho các quá trình
trùng hợp và đồng trùng hợp tạo ra các polyme có đặc tính tốt sử dụng làm vật
liệu trong công nghiệp và dân dụng.
III.3.1. Trùng hợp của vinylclorua ( VC ) tạo poly vinylclorua (PVC ) :
Phương trình phản ứng :

Poly vinylclorua (PVC) là một chất dẻo mang nhiều tính chất tốt như : có
độ ổn định hoá học cao, ít bị ăn mòn bởi axit (H
2
SO
4
, HCl, … ), có khả năng
co giãn, độ bền tương đối lớn, có tính cách điện, không thấm nước và không bị
phá huỷ khi gặp nước nhưng lại dễ nhuộm.Do có nhiều đặc tính tốt nên PVC
được sử dụng để sản xuất các loại ống dẫn, bồn chứa các chất hoá học. Làm vật
Sinh viên : Page 13
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
liệu lót trong các thiết bị hoá học làm việc ở nhiệt độ thấp, trong môi trường ăn
mòn để thay thế thép không gỉ và hợp kim.
Trong công nghiệp điện nhựa PVC được sử dụng làm vỏ bọc cách điện,

các dụng cụ cho vô tuyến điện. Trong xây dựng nhựa PVC còn được sử dụng
để chế tạo tấm lợp nhà, lát sàn tường cách âm, các dụng cụ gia đình, ống dẫn
nước sinh hoạt và các loại bao túi đựng đồ, áo mưa…
III.3.2. Đồng trùng hợp với các monome khác :
VC còn có khả năng tham gia đồng trùng hợp một số monome khác như :
vinyl axetat (VA), vinylyden clorit, acryl nitril tạo thành các polyme có giá trị
cao. Ngoài ra VC còn dùng để sản xuất một số loại sợi tổng hợp có tính chất tốt
như sợi clorin và sản xuất một số loại sơn chịu ăn mòn.

CHƯƠNG II
CÁC CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VINYL CLORUA
Các quá trình chính trong công nghiệp để sản xuất VC bao gồm:
- Sản xuất VC từ EDC.
Sinh viên : Page 14
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
- Sản xuất VC bằng các quá trình liên hợp.
- Cộng HCl vào axetylen.
A. SẢN XUẤT VC TỪ EDC :
Nguyên liệu cho quá trình điều chế VC ở đây là diclo etan :
Cl-CH
2
-CH
2
-Cl
Để thu được sản phẩm là VC thì người ta có thể tiến hành quá trình trong
pha lỏng hoặc pha khí.
I. TIẾN HÀNH QUÁ TRÌNH TRONG PHA LỎNG :
I.1. Cách thức tiến hành :
Cơ sở hoá học của quá trình dựa trên phản ứng:

2
CH Cl
2 2 2
CH Cl NaOH CH CHCl NaCl H O+ → = + +
Trong phương pháp này người ta sử dụng dung dịch rượu kiềm để khử HCl
của diclo etan. Quá trình thực hiện được trong pha đồng thể là nhờ rượu
metanol hoà tan cả diclo etan và kiềm.
Để thực hiện quá trình người ta tiến hành trộn nguyên liệu đầu theo tỷ lệ :
cứ 1 lít diclo etan cần 1,1 lít dung dịch kiềm ( NaOH 42% ) và 0,26 lít metanol.
Nhiệt độ của quá trình phản ứng là khoảng 60 – 70
o
C, thời gian phản ứng
là 4 – 5 giờ. Quá trình có thể xảy ra những phản ứng phụ khi :
- Lượng kiềm cho dư dẫn đến diclo etan bị kiềm khử tạo thành axetylen :

2
CH
2
2 2 2CHCl NaOH CH CH NaCl H O+ → ≡ + +
Thực chất là quá trình bao gồm hai giai đoạn :

2
CH Cl
2 2
NaOH NaOH
CH Cl CH CHCl CH CH
+ +
→ = → ≡
EDC bị khử tạo thành VC sau đó vì kiềm dư nên VC tiếp tục bị khử tạo
thành axetylen.

- Khi trong quá trình có dư nước diclo etan sẽ bị thuỷ phân tạo thành etylen
glycol trong môi trường kiềm theo phản ứng :
Sinh viên : Page 15
ĐỒ ÁN MÔN HỌC

2
CH
2 2
OH
CHCl H O CH OH
−
+ →
2
CH OH HCl+
Quá trình tiến hành trong thiết bị gián đoạn, có vỏ bọc ngoài và có máy
khuấy. Người ta tiến hành quá trình theo tuần tự : đầu tiên cho dung dịch
NaOH vào, sau đó cho rượu metanol và cuối cùng rót từ từ diclo etan. Sản
phẩm thu được của quá trình được đem ngưng tụ sau đó đem tinh luyện để tách
sản phẩm phụ sẽ thu được VC sản phẩm. Hiệu suất của quá trình ( hiệu suất thu
sản phẩm VC ) tính theo diclo etan là 75 – 85%.
I.2. Ưu nhược điểm của phương pháp :
Đây là quá trình tiến hành đơn giản dễ tiến hành, phản ứng tiến hành ở
nhiệt độ thấp ( 60 – 70
o
C ). Tuy nhiên quá trình tiến hành trong thiết bị gián
đoạn, yêu cầu cần nhiều thiết bị. Chính vì vậy khó tự động hoá cho quá trình và
một nhược điểm quan trọng nữa là quá trình hao tốn nguyên liệu.
Để khắc phục nhược điểm trên người ta tiến hành quá trình điều chế VC từ
EDC trong pha khí.
II. TIẾN HÀNH QUÁ TRÌNH TRONG PHA KHÍ :

II.1. Cơ sở của phương pháp :
Quá trình được tiến hành dựa trên phản ứng phân huỷ nhiệt của EDC :

2
CH Cl
298
2 2
70 /
o
t
H kJ mol
CH Cl CH CHCl HCl
=
→ = +
V
Phản ứng bắt đầu xảy ra ở nhiệt độ 300
o
C, áp suất khí quyển nhưng quá
trình đạt được tốc độ cao ở 400 – 500
o
C .
Quá trình nhiệt phân là quá trình phản ứng xảy ra theo cơ chế chuỗi gốc
gồm 3 giai đoạn : khơi mào, phát triển mạch và đứt mạch.
(1) Khơi mào
ClCH
2
- CH
2
Cl
→

o
t
ClCH
2
- CH
2
*
+ Cl
*
(2). Phát triển mạch:
Cl
*
+ ClCH
2
- CH
2
Cl
→
ClCH
2
- C
*
HCl + HCl
Sinh viên : Page 16
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ClCH
2
- C
*
HCl

→
CH
2
= CHCl + Cl
*

(3). Đứt mạch:
Cl
*
+ ClCH
2

- C
*
HCl
→
CH
2
= CHCl + HCl
Quá trình tạo nhiều sản phẩm phụ là sản phẩm của quá trình polyclo hoá,
sản phẩm của quá trình phân huỷ, quá trình tạo cốc … Vì vậy cần sử dụng các
chất xúc tác tiến như : clo, brom, iot, tetraclo cacbon hoặc oxi để tạo thuận lợi
cho quá trình phản ứng chính.
Các quá trình trong công nghiệp được tiến hành ở 500 – 550
o
C, áp suất 2,5
– 3Mpa, không sử dụng xúc tác. Một số hệ xúc tác ( than hoạt tính, muối clo
kim loại …) có thể được sử dụng để giảm nhiệt độ phản ứng, tuy nhiên thời
gian sống của xúc tác thấp và khó khăn về mặt công nghệ làm cho quá trình
cracking EDC có xúc tác không được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp .

II.2. Sơ đồ công nghệ sản xuất VC từ EDC :
Thuyết minh sơ đồ dây chuyền :
1: thiết bị phản ứng 7: tháp tách phân đoạn nhẹ
2: tháp tôi 8: tháp tách phân đoạn nặng
3: thiết bị lọc 9: tháp thu hồi EDC
4: tháp tách HCl 10: thiết bị gia nhiệt bốc hơi
5: tháp làm sạch VC thô 11: thiết bị ngưng tụ
6: tháp tinh chế VC 12: thiết bị lắng tách
Sinh viên : Page 17
N MễN HC
Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất
vc từ edc
2
1
3
4
5
vc
n
a
oh
6
n
a
oh
7
8
9
S
ản phẩm

nhẹ
S
ản phẩm
nặng
EDC
edc
tuần hoàn
10
11
12
11
11
11
11
11
11
13
13
13
13
11
14
14
15
15
15
15
13
13 13
Hỡnh 1: S dõy chuyờn cụng ngh sn xut VC t EDC

Sinh viờn : Page 18
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
EDC nguyên liệu và EDC hồi lưu được đưa qua thiết bị gia nhiệt và bốc hơi
tới nhiệt độ cần thiết (khoảng 215
o
C) sau đó được đưa vào thiết bị phản ứng
dạng lò ống. Quá trình ở đây được làm việc theo nguyên tắc tương tự quá trình
steam cracking. Tại vùng đối lưu, nguyên liệu được gia nhiệt tới nhiệt độ phản
ứng, phản ứng thực sự xảy ra trong vùng bức xạ. Sản phẩm khí thu được ở đầu
ra của thiết bị phản ứng lò ống có nhiệt độ 500
o
C được tôi để tránh các phản
ứng phụ xảy ra nối tiếp bằng cách đưa qua tháp tôi tiếp xúc với dòng sản phẩm
đã được làm lạnh xuống 50
o
C chảy ngược chiều. Khí sản phẩm sẽ được làm
lạnh xuống 200
o
C. Quá trình làm lạnh bổ xung tiếp theo sẽ làm ngưng tụ hầu
hết nguyên liệu EDC chưa phản ứng, một phần sẽ được dùng làm chất tải nhiệt
trong tháp tôi. Phần còn lại cùng với khí không ngưng sẽ được đưa qua tháp
chưng cất tách sản phẩm phụ HCl. Tại đây HCl sẽ được tách khỏi hỗn ở dạng
khí không ngưng ở phần đỉnh tháp. Phần đáy của tháp tách HCl được đưa sang
tháp chưng cất làm sạch VC thô. Tại tháp này sản phẩm VC sẽ nằm trong phần
nhẹ đỉnh tháp và tiếp tục được đưa sang tháp tinh chế làm sạch VC. Tại tháp
tinh chế làm sạch VC hàm lượng HCl được giảm từ 500 xuống 10ppm và phần
sản phẩm lấy ra từ đáy tháp được trung hoà với NaOH. Phần đỉnh tháp sẽ được
cho hồi lưu trở lại tháp tách HCl
Phần đáy tháp làm sạch VC thô được đưa qua hệ thống thu hồi EDC và tuần
hoàn lại thiết bị phản ứng gồm 3 tháp chưng cất :

- Tách phân đoạn nhẹ làm nhiệm vụ tách phần sản phẩm nhẹ (1 tháp)
- Tách phân đoạn nặng : gồm 2 tháp. Tháp thứ nhất làm việc ở áp suất khí
quyển. Tại tháp này phần lớn EDC được tách ra. Tháp thứ hai làm việc trong
chân không sẽ tách phần EDC còn lại.
II.3. Ưu nhược điểm của phương pháp :
Ưu điểm của phương pháp này là tận dụng được phần EDC không phản ứng
và tuần hoàn nó trở lại thiết bị phản ứng. Đồng thời tận dụng được phần HCl
sinh ra.
Sinh viên : Page 19
Tách VC
Hydroclo hoá
Clo hoá Crackinkg
EDC
HCl
Clo
Hỗn hợp
axetylen và etylen với tỷ lệ 1/1
Clo hoá
Cracking
Tách VC
Hydroclo hoá
EDC
Axetylen
Etylen
HCl
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Tuy nhiên phương pháp này lại có nhược điểm là có hiệu suất chuyển hoá thấp.
B. SẢN XUẤT VC BẰNG CÁC QUÁ TRÌNH LIÊN HỢP :
I. Liên hợp clo hoá etylen, tách HCl và hydro hoá C
2

H
2
:
Quá trình dựa trên các phản ứng sau :
CH
2
=

CH
2
+ HCl
→
ClCH
2
-

CH
2
Cl (1)
ClCH
2
- CH
2
Cl
→
CH
2
= CHCl + HCl (2)
HCl từ phản ứng (2) có thể được dùng cho phản ứng hydroclo hoá axetylen.
CH

≡
CH + HCl
→
CH
2
= CHCl
Phản ứng tổng cộng:
C
2
H
2
+ C
2
H
4
+ Cl
2

→
2 CH
2
= CHCl
Sơ đồ quá trình:
-Với nguồn nguyên liệu đầu là hỗn hợp của axetylen và etylen với tỷ lệ mol 1:1
Hình 2: Sơ đồ quá trình sản xuất VC bằng phương pháp liên hợp clo hoá
etylen, tách HCl và hydro hoá C
2
H
2
(axetylen và etylen ở dạng hỗn hợp).

-Với nguồn nguyên liệu đầu là hỗn hợp của axetylen va etylen với tỷ lệ mol 1:1
Sinh viên : Page 20
Clo hóa
EDC
EDC
HCl
Oxiclo hoá
Crackink
Tách VC
Clo
Etylen
Oxy
VC
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Hình 3: Sơ đồ quá trình sản xuất VC bằng phương pháp liên hợp clo hoá
etylen, tách HCl và hydro hoá C
2
H
2
(axetylen và etylen ở dạng riêng biệt)
II. Liên hợp clo hoá, oxy clo hoá etylen và cracking EDC :
- Quá trình dựa trên các phản ứng :
C
2
H
4
+ Cl
2

→

ClCH
2
- CH
2
Cl
ClCH
2
- CH
2
Cl
→
2CH
2
= CHCl + HCl
C
2
H
4
+ 2HCl +1/2O
2

→
ClCH
2
- CH
2
Cl + H
2
O
Phản ứng tổng cộng :

2C
2
H
4
+ Cl
2
+ 1/2O
2

→
2CH
2
= CHCl + H
2
O
Ưu điểm của quá trình: tiêu tốn ít năng lượng do tận dụng được nhiệt của phản
ứng toả nhiệt, sử dụng được HCl tạo thành và không dùng C
2
H
2
do vậy chi phí
rẻ hơn.
- Sơ đồ quá trình :
Hình 4: Sơ đồ quá trình sản xuất VC bằng phương pháp liên hợp clo hoá, oxy
clo hoá etylen và cracking EDC
C. SẢN XUẤT VC TỪ AXETYLEN VÀ HCl :
Nguyên liệu điều chế VC theo phương pháp này là C
2
H
2

và HCl.
Quá trình thực hiện dựa trên phản ứng :
CH
≡
CH + HCl
→
CH
2
= CHCl
Sinh viên : Page 21
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Ở áp suất thường và không có xúc tác phản ứng trên không xảy ra. Khi
không dùng xúc tác phải tiến hành phản ứng ở điều kiện áp suất cao. Tuy nhiên
ở áp suất cao thì lại tạo ra nhiều sản phẩm phụ như : diclo etan; phản ứng trùng
hợp của VC tạo thành… Vì vậy để tránh tạo sản phẩm phụ và giảm độ khắc
nghiệt của phản ứng người ta phải dùng xúc tác.
Để sản xuất VC theo phương pháp này người ta có thể tiến hành quá trình
trong pha lỏng hay pha khí.
I. TIẾN HÀNH QUÁ TRÌNH TRONG PHA LỎNG :
I.1. Cơ sở của phương pháp :
Khi tiến hành quá trình này trong pha lỏng người ta tiến hành thổi C
2
H
2
và
HCl qua dung dịch xúc tác có thành phần : Cu
2
Cl
2
23% khối lượng, NH

4
Cl 16
%, có thêm CaCl
2
hoà tan trong axít HCl 12 – 15 % ở nhiệt độ 50 – 60
o
C. Cũng
có thể dùng xúc tác HgCl
2
trong axít HCl và duy trì ở nhiệt độ 90
o
C. Tuy nhiên
xúc tác đồng có xu hướng làm tăng phản ứng phụ : trùng hợp axetylen thành
vinyl axetylen.
2CH
≡
CH
→
CH
≡
C - CH = CH
2
Đây là phản ứng không mong muốn, vì vậy để ngăn ngừa phản ứng phụ
người ta phải dùng HCl để hoà tan muối đồng.
Có nhiều quan điểm về vai trò của xúc tác muối đồng và muối thuỷ ngân.
Một số quan điểm cho rằng muối thuỷ ngân, muối đồng tác dụng với axetylen
tạo thành hợp chất trung gian. Hợp chất trung gian này bị phân huỷ dưới tác
động của HCl hoàn nguyên xúc tác và cho ta sản phẩm Vinyl clorua.
Quá trình được mô tả :
CH

≡
CH + HgCl
2

→
ClCH = CH-HgCl
ClCH = CH-HgCl + HCl
→
CH
2
= CHCl + HgCl
2
Quan điểm khác lại cho rằng muối đồng, muối thuỷ ngân tác dụng với
axetylen tạo phức chất. Trong đó các nguyên tố các bon có điện tích dương có
Sinh viên : Page 22
δ
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
khả năng tác dụng với anion clo và kết quả là kim loại bị thay thế bởi proton
tạo sản phẩm là VC.
Quá trình :
I.2. Ưu nhược điểm của phương pháp :
Ưu điểm của phương pháp này là quá trình tiến hành ở điều kiện nhiệt độ
thấp, ít tốn năng lượng chính vì vậy mà thiết bị phản ứng chế tạo đơn giản hơn.
tuy nhiên nó có nhược điểm là : hiệu suất chuyển hoá VC thấp, trong quá trình
tạo ra nhiều sản phẩm phụ chính vì vậy mà sẽ gây khó khăn cho việc phân tách
sản phẩm trong quá trình tinh chế thu VC tinh khiết. Đồng thời HCl ở dạng
lỏng gây ăn mòn thiết bị.
II. TIẾN HÀNH QUÁ TRÌNH TRONG PHA KHÍ :
II.1. Cơ sở của phương pháp :
Khác với phương pháp trong pha lỏng, ở phương pháp này xúc tác sử dụng

cho phản ứng là xúc tác rắn và thường là HgCl
2
/C* (hoặc graphít, silicat … ).
Trong đó muối thuỷ ngân HgCl
2
được mang trên chất mang là than hoạt tính
(C*). Tuy nhiên do muối thuỷ ngân độc nên người ta thường có xu hướng thay
thế muối thuỷ ngân bằng các muối của các kim loại khác ( BaCl
2
, CdCl
2
… ).
Quá trình được mô tả bằng phản ứng:

2
/ *
2
HgCl C
CH CH HCl CH CHCl
≡ + → =
II.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất chuyển hoá của quá trình:
a. Ảnh hưởng của xúc tác: Khi nồng độ HgCl
2
trên than hoạt tính tăng thì hiệu
suất chuyển hoá axetylen thành VC tăng:
Bảng 2 : Ảnh hưởng của nồng độ xúc tác tới hiệu suất chuyển hoá
Sinh viên : Page 23
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
HgCl
2

/C* ( % ) Hiệu suất chuyển hoá ( % )
5 69,6
10 86,7
20 92,3
40 95,4
60 96,8
Theo như bảng trên thì ta sẽ thấy được độ chuyển hoá tăng khi nồng độ
HgCl
2
tăng. Quá trình có độ chuyển hoá tăng nhanh khi nồng độ HgCl
2
tăng từ
5 đến 10% và sau đó tăng chậm. Khi nồng độ HgCl
2
lớn hơn 20% thì độ
chuyển hoá vẫn tăng chậm nhưng đồng thời khi đó quá trình toả rất nhiều nhiệt
( nhiệt của phản ứng ). Làm cho xúc tác bị đốt nóng cục bộ dẫn đến HgCl
2
bị
thăng hoa, đồng thời Axetylen trùng hợp bao phủ trên bề mặt làm cho xúc tác
mất hoạt tính nhanh chóng. Vì vậy trên thực tế, trong công nghiệp người ta
dùng xúc tác HgCl
2
10% ngấm trên than hoạt tính.
b. Ảnh hưởng của nguyên liệu :
Nguyên liệu trước khi đưa vào phản ứng có thể chứa những tạp chất có hại
cho quá trình như:
- Làm ngộ độc xúc tác:
Khi trong thành phần của nguyên liệu có chứa các tạp chất như : H
2

S,
H
3
P… Thì những chất này sẽ tác dụng với xúc tác làm giảm hoạt tính của xúc
tác
H
2
S + HgCl
2

→
HgS + 2HCl
2H
3
P + 3HgCl
2

→
Hg
3
P
2
+ 6HCl
Để loại bỏ những tạp chất gây ngộ độc xúc tác này hơi axetylen trước khi
đi vào thiết bị phản ứng được cho đi qua tháp chứa dung dịch K
2
Cr
2
O
7

( tại đây
xảy ra phản ứng oxy hoá khử nhằm loại bỏ H
2
S và H
3
P )
H
2
S + K
2
Cr
2
O
7

→
K
2
SO
4
+ H
2
Cr
2
O
3
H
3
P + K
2

Cr
2
O
7

→
K
3
PO
4
+ H
2
Cr
2
O
3
- Làm tăng phản ứng phụ :
Sinh viên : Page 24
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Nếu trong thành phần khí nguyên liệu có chứa clo sẽ xảy ra phản ứng của
Axtylen với clo tạo sản phẩm phụ là tetraclo etan.
CH
≡
CH + 2Cl
2

→
(Cl)
2
CH- CH(Cl)

2
Tetraclo etan
Do HgCl
2
cũng chính là xúc tác cho phản ứng của axetylen với nước, vì
vậy nếu trong nguyên liệu ban đầu có chứa nhiều hơi nước thì sẽ làm cho phản
ứng phụ này xảy ra. Kết quả sinh ra sản phẩm phụ là axetan dehit.

2
2 3
HgCl
CH CH H O CH CHO≡ + →
Chính vì những yếu tố nguyên liệu trên sẽ làm giảm hiệu suất chuyển hoá
của quá trình đồng thời sản phẩm thu được có chứa nhiều sản phẩm phụ, dẫn
đến tốn kém trong việc phân tách để thu đươc VC tinh khiết. Yêu cầu đặt ra đối
với khí nguyên liệu trước khi đưa vào thiết bị phản ứng phải đươc qua công
đoạn xử lý để đạt những tiêu chuẩn cho phép. Cụ thể đối với nguyên liệu khí
HCl và C
2
H
2
ở đây phải đạt tiêu chuẩn :
- Khí C
2
H
2
phải có nồng độ phần trăm > 99%; H
2
O < 0,03%; không có chất
gây ngộ độc xúc tác như : H

2
S; H
3
P…
- Khí HCl phải có nồng độ > 99%; H
2
O < 0,03%; không có oxy, clo …
c. Ảnh hưởng của thành phần nguyên liệu :
Để đảm bảo cho C
2
H
2
phản ứng hết phải cho dư HCl. Trong thực tế người
ta thường khống chế tỷ số C
2
H
2
/HCl = 1/1,1 (mol). Tỷ số C
2
H
2
/HCl có ảnh
hưởng trực tiếp tới hiệu suất chuyển hoá thể hiện :
Bảng 3 : Ảnh hưởng của thành phần nguyên liệu tới hiệu suất chuyển hoá
Tỷ lệ C
2
H
2
/HCl Hiệu suất chuyển hoá (%)
1/1,09 91,05

1/1,1 96,95
1/1,2 97,75
Sinh viên : Page 25