đổ án tốt nghiệp thiết kế quy trình công nghệ sản xuất axetaldehyt

Đồ án công nghệ Thiết kế phân xưởng sản xuất Acetaldehyt
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU
Trong công nghiệp tổng hợp hữu cơ Axetaldehyt đóng một vai trò rất quan trọng.
Nó là chất trung gian để sản xuất các chất khác. Một lượng lớn Axetaldehyt là để sản
xuất axit Axetic. Từ Axetaldehyt ta tổng hợp ra thuốc nhộm, poli-este, sản xuất chất
bảo quản, poli Axetaldehyt…là những chất đóng vai trò rất quan trọng trọng trong nền
công nghiệp hiện nay.
Vào những năm 1970, công suất của quá trình sản xuất theo phương pháp oxi
hóa trực tiếp trên thế giới 2 x 10
6
tấn/năm. Nó được sản xuất chủ yếu ở Celanese và
hãng Eastman (USA), hãng Wacker - Chemic và hãng Hoechst (Đức) và hãng
Aldehyde Co., Kyo-Wa Yuka Co., Mitsubishi Chemical Industries, Chisso Corp.,
Sumitomo, Showa Denko, Mitsui (Nhật Bản), Montedison (Italia), Lonza (Thuỵ Điển)
hãng Pemax (Mexico). Năng suất của quá trình sản xuất axetaldehyt bằng cách oxi hóa
trực tiếp từ etylen tăng lên từ năm 1960. Hiện nay sản lượng Axetaldehyt trên thế giới
là hơn 1 tỷ tấn mỗi năm.
Ở Việt Nam, ngành công nghiệp dầu khí đang ngày càng phát triển tạo ra một
nguồn nguyên nhiên liệu dồi dào cho các nghành công nghiệp khác, đặc biệt là nghành
tổng hợp hữu cơ, từ đó tổng hợp được vô số các hợp chất hóa học phục vụ cho đời
sống. Vì vậy với tính toán thiết kế quy trình công nghệ sản xuất Axetaldehyt là một
điều cần thiết và quan trọng. Đó cũng là lý do để chúng tôi thực hiện đề tài này.
Nội dung của đề tài gồm:
• Tổng quan lý thuyết về Axetaldehyt
• Thiết kế quy trình công nghệ
GVHD: Dương Khắc Hồng Trang 1
Đồ án công nghệ Thiết kế phân xưởng sản xuất Acetaldehyt
• Tính toán cho thiết bị chính
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÍ THUYẾT
1.1. Giới thiệu chung về Axetaldehyt

Axetaldehyt là một hợp chất hữu cơ cố công thức hóa học là CH
3
CHO, đây là
một trong những aldehyt quan trọng nhất, xuất hiện phổ biến trong tự nhiên và được
sản xuất rộng rãi trông công nghiệp.
1.1.1. Tính chất vật lý
Axetaldehyt là chất lỏng không màu, linh động, có mùi hơi cay, khi pha loãng
một lượng nhỏ thì có mùi trái cây. Tan trong nước với mọi tỉ lệ.
Bảng 1.1: Một số thông số vật lí cơ bản
Khối lượng phân tử (g.mol
-1
) 44,05
Khối lượng riêng (g.cm
-1
) 0,788
Điểm chảy (
o
C) -123,5
Nhiệt độ sôi (
o
C) 20,2
Độ nhớt ở 20
o
C (NS/m
2
) 0,215
Áp suất tới hạn (Mpa) 6,44
Nhiệt độ tới hạn (
o
C) 181,5 hoặc 187,8

Tỉ trọng tương đối d
4
t
= 0,8045 ÷ 0,001325t
Chỉ số khúc xạ n
D
t
= 1,34240 ÷ 0,0005635 t
Tỉ trọng pha hơi so với không khí 1,52
Bảng 1.2: Sức căng bề mặt tại nhiệt độ và tỷ trọng khác nhau:
Nhiệt độ,
o
C d
4
t
Sức căng bề mặt mN cm
-1
0,1 0,8090 23,9
20,0 0,7833 21,2
50,0 0,74099 17,0
Bảng 1.3: Áp suất hơi của axetandehyt trong pha hơi
Nhiệt độ
o
C Áp suất hơi, mmHg Nhiệt độ
o
C Áp suất hơi, atm
GVHD: Dương Khắc Hồng Trang 2
Đồ án công nghệ Thiết kế phân xưởng sản xuất Acetaldehyt
-97 3 20,8 1
-48 33 44,8 2

-23 103 58,3 3
0 337 68,0 4
10 503,4 75,7 5
27,55 1000
Bảng 1.4: Áp suất hơi của dung dịch axetandehyt
Nhiệt độ
o
C % mol
Áp suất riêng
phần , mmHg
Nhiệt độ
o
C % mol
Áp suất từng
phần, mmHg
10 4,9 74,5 20 5,4 125,2
10 10,5 139,8 20 12,8 295,2
10 46,4 363,4 20 21,8 432,6
- Hằng số phân ly tại 0
o
C là: 0,7 x 10
-4
mol/l
CH
3
CHO CH
2
-
CHO + H
+

; K = 0,7 x 10
-4
mol/l
Hầu hết axetandehyt có thể trộn lẫn với nước và những dung môi hữu cơ để tạo
hỗn hợp đồng sôi như là tạo với axit axetic, benzen, axeton, etanol, metanol, dung môi
naphta, toluen, xilen, etyl ete, parandehyt.
1.1.2. Tính chất hóa học.
Do trong phân tử có nhóm (-CO), là nhóm phân cực về phía O làm phân cực liên
kết do đó Axetaldehyt phản ứng hóa học mạnh hơn Ankel. Axetaldehyt là hợp chất có
khả năng phản ứng hóa học khá cao, nó là hợp chất điển hình có chứa nhóm andehyt
(CHO).
- Phản ứng đặc trưng: cộng Nucleophil A
N
Ví dụ: Cộng H
2
, HCN, RMgX, bisunfit, ancol…
CH
3
CHO + H
2
CH
3
CH
2
OH
CH
3
CHO + HCN CH
3
C(CN)OH

- Phản ứng thay thế nguyên tử O của nhóm Cacbonyl
Ví dụ: tác dụng với hiaroxiamin, hidrazin, phenyl hydrazin, semi cacbazit…
CH
3
CHO + H
2
N –NH
2
CH
3
-CHN – NH
2
+H
2
O
GVHD: Dương Khắc Hồng Trang 3
Đồ án công nghệ Thiết kế phân xưởng sản xuất Acetaldehyt
CH
3
CHO + H
2
N – NHC
6
H
5
CH
3
- CHN – C
6
H

5
+ H
2
O
CH
3
CHO + H
2
N–CO–NH–NH
2
CH
3
-CHN – CO –NH –NH
2
+H
2
O
- Phản ứng thay thế nguyên tử của nguyên tử
Ví dụ: thay thế H bằng Halogen, phản ứng ngưng tụ aldol
CH
3
CHO + CH
3
CHO CH
3
-CH(OH)-CH
2
-CHO + H
2
O

- Phản ứng oxi hóa axit
CH
3
CHO + 2AgNO
3
+ NH
3
+ H
2
O CH
3
COONH
4
+ NH
4
NO
3
+ 2Ag
Đồng phân
Giống như nhiều hợp chất Cacbonyl khác, Axetaldehyt có khả năng tautome hóa
(đồng phân vỗ biến) để tạo thành enol. Dạng enol của Axetaldehyt là vinyl alcolhol
(Ethenol)
CH
3
CHO CH
2
CHOH
Hằng số cân bằng chỉ là 6.10
3
ở nhiệt độ phòng, do đó lượng Axetaldehyt chuyển

sang dạng enol là rất nhỏ
1.1.3. Các phương pháp sản xuất axetaldehyt
Bao gồm các phương pháp chính sau:
• Sản xuất axetaldehyt đi từ etylen
Đây là quá trình được phát triển vào những năm 1957 - 1959 bởi hãng Hoechst
và hãng Wacker-Chemie. Chất xúc tác cho quá trình này là dung dịch PdCl
2
, CuCl
2
.
Axetaldehyt hoàn toàn đã được quan sát trong phản ứng giữa etylen và dung dịch
PdCl
2
C
2
H
4
+ 1/2O
2
CH
3
CHO ; H = -244 KJ/mol
Độ chọn lọc của quá trình oxi hóa C
2
H
4
phụ thuộc chủ yếu vào xúc tác PdCl
2
trong pha lỏng theo phản ứng
C

2
H
4
+ PdCl
2
+ H
2
O CH
3
CHO + Pd + 2HCl
Ở hãng Wacker-Hoechst kim loại Pd được oxi hóa trở lại bởi dung dịch CuCl
2
,
tiếp đó nó tác dụng lại với oxi để tạo lại CuCl
2
Pd + 2CuCl
2
PdCl
2
+ 2CuCl
2CuCl + 1/2O
2
+ 2HCl 2CuCl
2
+ H
2
O
Bởi vậy chỉ cần một lượng nhỏ PdCl
2
cũng đủ yêu cầu cho sự chuyển hóa etylen.

GVHD: Dương Khắc Hồng Trang 4
Đồ án công nghệ Thiết kế phân xưởng sản xuất Acetaldehyt
• Sản xuất axetaldehyt đi từ axetylen
Hidrat hóa axetylen với xúc tác là muối thủy ngân sẽ cho ra dạng enol, sau đó
tautome hóa sẽ được axetaldehyt. Đây là con dường sản xuất chính trước khi chưa có
chu trình Wacker.
Quá trình hidrat hóa axetylen đã trở thành quá trình công nghiệp trong suốt thế
chiến thứ I. Ngày nay do sự phát triển của ngành dầu khí nên phương pháp này dần
được thay thế bằng phương pháp đi từ etylen do từ etylen có giá thành rẻ hơn đi từ
axetylen.
Chất xúc tác quan trọng nhất cho quá trình hidrat hóa (cộng H2O) là hợp chất
Hg.
Ngày nay việc sản xuất axetaldehyt từ axetylen có thể thực hiện theo 2 cách sau
đây:
- Hydrat hóa trự tiếp axetylen dùng xúc tác thủy ngân tiến hành ở pha lỏng.
- Hydrat hóa axetylen tiến hành ở pha hơi
• Sản xuất axetaldehyt đi từ etanol
Đây là phương pháp lâu đời nhất để sản xuất axetaldehyt và là phương pháp tốt
nhất trong phòng thí nghiệm. Trong công nghiệp etanol được oxi hóa với xúc tác oxit
bằng không khí trong pha hơi.
CH
3
CH
2
OH + 1/2O
2
CH
3
CHO + H
2

O, ∆H =242 kJ/mol
Thường dùng xúc tác là Cu hoặc Ag kim loại hoặc hợp chất của chúng (oxi hay
hợp kim) đều là những xúc tác đáp ứng tốt cho quá trình này.
• Đi từ khí tổng hợp
Thực hiện một bước duy nhất được báo cáo vào năm 1974
CO + H
2
CH
3
CHO + sản phẩm khác
1.1.4. Ứng dụng
• Axetaldehyt có rất nhiều ứng dụng trong công nghiệp tổng hợp hữu cơ,
khoảng 90% lượng axetaldehyt được sản xuất ra trên thế giới được sử dụng
trong các nhà máy với vai trò là hợp chất trung gian để tạo ra các sản phẩm
khác có ứng dụng trong thực tế.
GVHD: Dương Khắc Hồng Trang 5
Đồ án công nghệ Thiết kế phân xưởng sản xuất Acetaldehyt
• Ứng dụng lớn nhất của axetaldehyt là làm nguyên liệu cho quá trình sản xuất
axit axetic (CH
3
COOH). Từ axit axetic có thể tổng hợp được nhiều hợp chất
hóa học khác nhau như vinyl axetal, monoclo axetic, axetal este …
o Vinyl axetal được dùng trong ngành sản xuất nhũ tương, trong sản
xuất sơn, keo dính, dệt may.
o Anhidic axetic được sử dụng trong sản xuất vải sợi xenlulo axetal,
đầu lọc trong việc sản xuất thuốc lá, nhựa xenlulolic.
• Axetaldehyt được sử dụng trong sản xuất nước hoa, nhựa polyester, thuốc
nhuộm cơ bản. Axetaldehyt cũng được sử dụng như một chất bảo quản hoa
quả và cá, như một chất hương liệu. Làm dung môi trong cao su, thuộc da
và các ngành công nghiệp giấy.

• Trước đây, axetaldehyt được ứng dụng chủ yếu trong sản xuất axit axetic,
tuy nhiên ứng dụng này sau đó ít được sử dụng do sản xuất axit axetic từ
metalnol thì hiệu quả hơn.
Qua đó ta thấy được tầm quan trọng của Axetaldehyt trong nghành công nghiệp
hữu cơ, để từ đó có thể sản xuất ra nhiều hợp chất khác nhau với những ứng dụng cụ
thể khác nhau. Góp phần làm phong phú cho cuộc sống hiện tại và tương lai.
1.2. Phương pháp sản xuất axetaldehyt đi từ axetylen
1.2.1. Axetylen
Axetylen là một chất khí có chứa liên kết ba trong phân tử, nó có nhiều ứng
dụng trong kinh tế cũng như trong công nghiệp tổng hợp hữu cơ hóa dầu. Từ
axetylen có thể điều chế ra nhiều chất quan trọng và cần thiết cho sản xuất công
nghiệp như axetaldehit,axit axetic, vinyl clorua, vinyl axetat, cao su tổng hợp
Các chất này rất quan trọng trong việc sử dụng làm hợp chất trung gian để tổng
hợp hữu cơ, hoá dầu.
1.2.1.1. Tính chất vật lí
Axetylen là chất khí không màu, ở dạng tinh khiết có mùi của este yếu, nó
ngưng tụ ở - 83,8
o
C, áp suất 0,102 MPa.
Nhiệt độ tới hạn là : +35,5
0
C , áp suất tới hạn là 6,04 MPa.
C
2
H
2
là chất khí nhẹ hơn không khí, ít tan trong nước. ở điều kiện bình
thường một thể tích nước hoà tan được một thể tích khí axetylen. Khi áp suất
tăng lên độ hoà tan cũng tăng theo. Axetylen tan nhiều hơn trong các dung môi
GVHD: Dương Khắc Hồng Trang 6

Đồ án công nghệ Thiết kế phân xưởng sản xuất Acetaldehyt
hữu cơ như alcol, ete, đặc biệt tan rất nhiều trong axeton. Dưới áp suất thường 1
lít axeton hoà tan được 25 lít axetylen. Muốn chuyên chở axetylen được nhiều
và tránh nguy hiểm nổ người ta cho axetylen hoà tan trong axeton dưới áp suất
cao 12 - 15 at. Dưới áp suất này 1 lít axeton hoà tan được 300 lít axetylen. Bình
thép chứa dung dịch axetylen trong axeton không nguy hiểm so với axetylen
lỏng, nhất là khi dùng thêm các khối xốp vô cơ chất đầy trong bình.
Axetylen là một hợp chất không bền về mặt nhiệt động, nó có thể bị phân
huỷ tạo ra cacbon và hydro kèm theo hiện tượng nổ. Phản ứng nổ có thể khơi
mào bằng nhiệt, bằng thuỷ ngân funminat hoặc tự nổ dưới áp suất cao. Phản ứng
nổ toả nhiều nhiệt, ∆H
o
298
= -54,9 Kcal/ mol. Nhiệt độ của khối khí lúc đó có thể
lên hàng nghìn độ.
Axetylen là hợp chất thu nhiệt vì vậy khi đốt cháy toả ra một lượng nhiệt
lớn. Khi dùng hỗn hợp axetylen - oxy làm khí cắt hàn, cắt kim loại màu, muốn
hàn tốt thì phải sử dụng khí trơ (argon) để oxy không tiếp xúc trực tiếp lên bề
mặt kim loại hàn. Axetylen cháy trong không khí cho ta ngọn lửa sáng, tạo ra
CO
2
và H
2
O.
HC ≡ CH + 5/2 O
2
→ 2CO
2
+ H
2

O ∆H
o
298
= -315 Kcal/mol
Bảng 1.5. Những hằng số vật lý cơ bản của axetylen
Những hằng số vật lý cơ bản của axetylen
• Khối lượng phân tử (M)
• Giá trị điểm 3
T
P
• Nhiệt nóng chảy
• Nhiệt bay hơi
• Các đại lượng tới hạn
26,038 Kg/Kmol
192,6 K (-80,4
o
C)
128,2 kPa
5,585kJ/mol
15,21kJ/mol
GVHD: Dương Khắc Hồng Trang 7
Đồ án công nghệ Thiết kế phân xưởng sản xuất Acetaldehyt
T
r
P
r
ρ
r
• Điểm nóng chảy ở 101,3kPa
• Điểm thăng hoa ở 101,3kPa

ρ
khí
ρ
lỏng
(181,1K)
• Tính chất ở 273,15K và 101,3 kPa:
+ ρ
khí
+ Nhiệt dung riêng (C
p
)
+ Nhiệt dung riêng (C
v
)
+ C
p
/ C
v
+ Độ nhớt động học
+ Độ dẫn nhiệt
+ Tốc độ truyền âm
+ Hệ số nén
+ Entropy
+ Entanpy
308,85K
6,345Mpa
0,231g/cm
3
192,15K(-80,85
o

C)
189,55K(-83,45
o
C
1,729.10
-3
g/cm
3
0,729 g/cm
3
1,729.10-3g/cm
3
42,7J.mol
-1
.K
-1
34,7J.mol
-1
.K
-1
1,23
9,43.Pa.S
0,0187 W/m.K
341 m/s
0,9909
8,32 kJ/mol
197J/mol.K
1.2.1.2. Tính chất hóa học
Axetylen có cấu tạo chứa liên kết ba trong phân tử nên có khả năng phản
ứng hoá học cao. Liên kết ba có năng lượng liên kết là 199.6 Kcal/mol. Độ âm

điện của nguyên tử cacbon lớn làm tăng khả năng tách nguyên tử hydro, làm cho
axetylen có tính axít yếu.
1.2.1.2.1. Phản ứng cộng :
Diễn ra qua 2 giai đoạn : thứ nhất chuyển từ nối ba sang nối đôi, thứ 2 chuyển từ
nối đôi sang nối đơn.
• Cộng hợp H
2
C
2
H
2
+ H
2
→ CH
2
= CH
2
CH
2
=CH
2
+ H
2
→ CH
3
– CH
3
Phản ứng thường được tiến hành với xúc tác kim loại (Ni , Pd , Pt). Muốn dừng
lại ở giai đoạn tạo nối đôi người ta dùng xúc tác Pd trên Canxi cacbonat, hoặc Pd trên
Silicagel ở 200

0
C. Hiệu suất của quá trình đạt 95%.
GVHD: Dương Khắc Hồng Trang 8
Đồ án công nghệ Thiết kế phân xưởng sản xuất Acetaldehyt
• Cộng halogen
CH ≡ CH + Br
2
→ BrCH = CHBr
BrCH = CHBr + Br
2
→ Br
2
CH – CHBr
2
Đối với clo phản ứng xảy ra quá mãnh liệt, toả nhiều nhiệt nên gây phản ứng
huỷ. Trong điều kiện kỹ thuật người ta cho phản ứng cộng clo trực tiếp với C
2
H
2
trong
những khối xốp.
• Cộng với các axít HF, HCl, HBr
C
2
H
2
tác dụng với HCl trên xúc tác thuỷ ngân clorua ở 120 - 150
o
C
HC ≡ CH + HCl → H

2
C = CH–Cl
vinyl clorua
• Phản ứng cộng nước
Phản ứng công nước vào C
2
H
2
và đồng đẳng được Kuserop nghiên cứu năm
1881. Phản ứng tiến hành bằng cách cho C
2
H
2
đi vào dung dịch axit sunfuric loãng có
chứa thuỷ ngân sunfat đóng vai trò xúc tác
HC ≡ CH + H
2
O
HgCl
2
[ CH
2
= CH −OH] → CH
3
CHO
alcolvinylic không bền
• Cộng alcol và axít cacboxylic
Dưới tác dụng của xúc tác thuỷ ngân sunfat hoặc CCl
3
-COOH, BF

3
và HgO,
C
2
H
2
có thể cho phản ứng cộng với alcol tạo ra ete vinylic, cộng với axít cacboxylic
tạo ra este của alcol vinylic.
HC ≡ CH + C
2
H
5
OH → H
2
C = CH - O - C
2
H
5
Etyl vinyl ete
HC ≡ CH + HOOC - CH
3
→ H
2
C = CH - O - CO - CH
3
vinyl axetat
• Phản ứng cộng với aldehit
CH ≡ CH + 2 HCHO → HOCH
2
– C ≡ C – CH

2
OH
1.2.1.2.2. Phản ứng trùng hợp
Cho C
2
H
2
qua ống nung đỏ ở 600 - 800
0
C, axetylen sẽ trùng hợp cho một chất
nhựa có sản phẩm chính là benzen ( 28%), và các sản phẩm phụ như toluen, naphtalen,
các RH thơm ngưng tụ khác
GVHD: Dương Khắc Hồng Trang 9
Đồ án công nghệ Thiết kế phân xưởng sản xuất Acetaldehyt
3 HC ≡ CH → C
6
H
6
Nếu có chất xúc tác (CO)
4
Ni [P(C
6
H
5
)
3
]
2
ở nhiệt độ 60 ữ 70
0

C axetylen sẽ trùng
hợp thành benzen với hiệu suất 80%.
Dưới tác dụng của muối đồng (I), axetylen sẽ trùng hợp 2 phân tử (dime hoá) tạo
vinyl axetylen
HC ≡ CH + HC ≡ CH → CH
2
= CH – C ≡ CH
1.2.1.2.3. Phản ứng thế với kim loại (tính axít yếu của C
2
H
2
)
• Tính axit yếu
Trong axetylen có 2 nguyên tử hydro đều đính vào nguyên tử cacbon mang nối
ba. Axetylen có tính axit yếu hơn tính axit của nước nhưng lại mạnh hơn của NH
3
( tới
10
13
lần ) và hơn tính axit của etylen và etan ít nhất 10
18
lần.
Nguyên nhân tính linh động cao của nguyên tử hydro trong axetylen so với trong
etylen và etan là do độ âm điện của nguyên tử cacbon ở trạng thái lai hợp khác nhau
C
sp
> C
sp2
> C
sp3

Do độ âm điện lớn nên liên kết C – H của cacbon mang liên kết ba phân cực
mạnh, tăng cường khả năng prôton hóa của nguyên tử hydro cũng như khả năng thế
với kim loại
H
ỏ+
→ C
ỏ-
≡ C
ỏ-
← H
ỏ+
Bảng 1.6 : Hằng số phân ly K
a
gần đúng cuả một số chất
Hợp chất K
a
HClO
4
>10
10
CH
3
COOH 2.10
-5
H
2
O 10
-14
CH
3

CH
2
OH 10
-18
C
2
H
2
10
-22
NH
3
10
-35
C
2
H
4
10
-40
C
2
H
6
<10
-40
• Phản ứng thế với các kim loại khác
Cho axetylen qua Natri kim loại đun nóng ở 150
0
C hoặc qua dung dịch lỏng

Natri amidua (NaNH
2
) sẽ tạo ra dẫn suất thế Natri axetylenua
C
2
H
2
+ Na → HC = C – Na + 1/2 H
2
GVHD: Dương Khắc Hồng Trang 10
Đồ án công nghệ Thiết kế phân xưởng sản xuất Acetaldehyt
C
2
H
2
+ NaNH
2
→ HC = C – Na + NH
3
Cho axetylen vào dung dịch bạc nitrat trong amoniac sẽ tạo ra kết tủa bạc
axetylenua Ag
2
C
2
màu xám
C
2
H
2
[Ag(NH

3
)
2
]+
Ag- C ≡ C - Ag ↓
Cho axetylen qua dung dịch Đồng (I) clorua CuCl trong amoniac sẽ tạo kết tuả
vô định hình màu đỏ
C
2
H
2
[Cu(NH
3
)
2
]+
Cu - C ≡ C - Cu ↓
Các axetylenua đồng và bạc bền vững ở trong nước. Chúng chỉ bị thuỷ phân bởi
axit mạnh, tái tạo ra axetylen. Các axetylenua đồng và bạc khi khô rất dễ nổ mạnh giải
phóng kim loại và cácbon đồng thời toả ra một lượng nhiệt lớn.
Ag
2
C
2
→ 2C + 2 Ag + 87 Kcal
Do khi bị va đập các axetylenua Ag, Cu nổ mạnh nên người ta thường dùng ống
đồng hay bạc làm ống vận chuyển khí C
2
H
2

.
1.2.1.3. Các phương pháp tổng hợp axetylen.
Do axetylen là một nguyên liệu đầu vô cùng quan trọng trong công nghiệp tổng
hợp hữu cơ. Do đó đã từ lâu axetylen được tổng hợp từ rất nhiều nguồn nguyên liệu
khác nhau như: than đá, đá vôi hay hydro cacbon
1.2.1.3.1. Sản xuất axetylen đi từ cacbua canxi.
Sản xuất axetylen đi từ nguyên liệu là cacbua canxi, đây là phương pháp chủ yếu
trong sản xuất axetylen cho tổng hợp hữu cơ. Phương pháp này được sử dụng từ rất
lâu và nay vẫn được sử dụng khá phổ biến. ở Việt Nam, phương pháp này vẫn là chủ
đạo để sản xuất axetylen trong công nghiệp.
Phương pháp này dựa trên phương trình phản ứng:
CaC
2
+ 2 H
2
O → C
2
H
2
+ Ca(OH)
2
+ 31,1 Kcal
Trong sản xuất, khi phân huỷ 1 Kg CaC
2
nguyên chất cần 0,562 Kg nước, thu
được 1,156 Kg đá vôi và 0,406 Kg axetylen.
Phản ứng phân huỷ CaC
2
bằng nước toả rất nhiều nhiệt, nên khi sản xuất
axetylen phải lấy bớt nhiệt phản ứng bằng cách cho bốc hơi nước.

Tổng hợp axetylen từ cacbua canxi thường đi theo hai phương pháp chính đó là:
phương pháp ướt và phương pháp khô.
• Phương pháp ướt:
GVHD: Dương Khắc Hồng Trang 11
Đồ án công nghệ Thiết kế phân xưởng sản xuất Acetaldehyt
Trong phương pháp này axetylen được chuyển hoá với lượng nước dư đi vào
thiết bị. Phương pháp này cho năng suất nhỏ 1000 m
3
C
2
H
2
/ h , bã vôi ướt khó sử
dụng. Thiết bị sử dụng trong phương pháp này lớn và cồng kềnh. Tuy nhiên phương
pháp này dễ tự động hoá hơn phương pháp khô. Hơn nữa sản phẩm thu được trong
phương pháp ướt khá sạch.
• Phương pháp khô:
Đây là phương pháp chủ yếu để sản xuất axetylen trong công nghiệp. Phương
pháp này cho năng suất cao hơn phương pháp ướt, có thể đạt 2000 m
3
/h. Sản xuất
axetylen theo phương pháp khô cho ta bã vôi khô cho nên dễ lấy ra và dễ chuyên chở,
có thể tận dụng bã vôi trong các lĩnh vực khác. Thiết bị trong phương pháp này nhỏ và
tiện sử dụng hơn. Tuy nhiên sản xuất theo phương pháp này cần nhiệt độ cao hơn
phương pháp ướt, phân huỷ cácbua canxi không hoàn toàn, khó khống chế điều kiện
của quá trình. Sản phẩm thu được có độ tinh khiết không cao.
Do cả hai phương pháp có những ưu điểm riêng nhất định, nên cả hai phương
pháp này vẫn còn được sử dụng trong công nghiệp sản xuất axetylen.
1.2.1.3.2. Sản xuất axetylen từ hydro cacbon.
Đây là một phương pháp mới dùng để sản xuất axetylen. Cùng với sự phát triển

của nghành dầu khí, phương pháp này dần dần được thay thế phương pháp sản xuất
axetylen từ cacbua canxi. Sản xuất axetylen từ hydro cacbon, chủ yếu là hydro cacbon
khí như metan, etan, propan
Phản ứng phân huỷ metan và các đồng đẳng của nó để sản xuất axetylen như sau:
2CH
4
→ C
2
H
2
+ 3H
2
- Q ( Q = 90 Kcal )
C
2
H
6
→ C
2
H
2
+ 2H
2
- Q ( Q = 74,4 Kcal )
2C
3
H
8
→ 3C
2

H
2
+ 5 H
2
- Q ( Q = 212,7 Kcal )
Phản ứng phân huỷ metan để tạo thành axetylen bắt đầu ở 800
0
C, để đạt hiệu
suất theo yêu cầu thì nhiệt độ phải là 1500 ữ1800
0
C. Các đồng đẳng của metan thì
phân huỷ tạo thành axetylen ở nhiệt độ thấp hơn ( khoảng 1100 ữ 1200
0
C ).
Để phân huỷ metan và các đồng đẳng của nó thành axetylen, người ta dùng các
biện pháp sau
GVHD: Dương Khắc Hồng Trang 12
Đồ án công nghệ Thiết kế phân xưởng sản xuất Acetaldehyt
• Cracking điện :
Phương pháp này thực hiện lần đầu tiên ở Đức năm 1940. Nguyên tắc của quá
trình là thổi nhanh hydro cacbon khí nguyên liệu qua hồ quang điện. Vai trò của hồ
quang điện là tạo ra nhiệt độ cao trong vùng phản ứng, nhiệt độ có thể đến 3000
0
C .
Metan chuyển hoá sau một lần phản ứng khoảng 50 %, khí ra có chứa 40 %
C
2
H
2
, phần còn lại là etylen, cacbon và các đồng đẳng của metan.

Thực tế khi phân huỷ 100 Kg khí thiên nhiên có chứa 80 % metan ta thu được:
45 kg axetylen, 9,2 kg etylen, 5,3kg than ( bồ hóng ), 143 m
3
H
2
.
Nồng độ axetylen trong khí sản phẩm khoảng 13 ữ 16 % thể tích. Trước khi đem
dùng cần phải phân riêng và tách hydro ( dùng trong công nghiệp tổng hợp amoniac ),
mồ hóng ( dùng trong công nghiệp cao su ) và khí chưa phản ứng tuần hoàn.
• Cracking nhiệt :
Khi nhiệt phân metan, ta dùng một phần metan làm nhiên liệu để tạo nhiệt độ cao
cho phản ứng. Qúa trình này tiến hành ở 1400 ữ1500
0
C, để đạt đến nhiệt độ đó ta phải
dùng oxy kỹ thuật. Trong quá trình này người ta dùng hơi nước cùng với pentan với tỉ
lệ là H
2
O/C
5
H
12
= 6,5 /1. Vận tốc khí đi trong lò gần 50 m/s, nhiệt độ trung bình là
1100
0
C. Sản phẩm ra phải làm lạnh 3 bậc để hạ nhiệt độ sản phẩm theo yêu cầu.
• Cracking nhiệt trực tiếp .
Đun nóng metan đến nhiệt độ yêu cầu, nhờ tiếp xúc trực tiếp với bề mặt đun
nóng. Nung nóng đến nhiệt độ 1300 - 1600
0
C bằng cách thổi khí đốt vào, sau đó thổi

metan. Phản ứng thu nhiều nhiệt nên vật đệm chóng nguội đi, chỉ sau một phút lại thổi
khí đốt vào và quá trình cứ tiếp tục như vậy.
Năm 1950, hãng BASF đã sản xuất axetylen từ khí thiên nhiên theo phương pháp
này, áp dụng với qui mô công nghiệp, đến năm 1983 tổng sản lượng axetylen trên toàn
thế giới sản xuất theo phương pháp này đạt khoảng 40.000 tấn / năm.
1.2.2. Quá trình tổng hợp axetaldehyt từ axetylen
Chất xúc tác quan trọng nhất của quá trình cộng hợp nước của axetylen trong
công nghiệp là các hợp chất của thuỷ ngân:
C
2
H
2
+ H
2
O → CH
3
CHO , ∆H = - 138,2 kJ/mol
Phương pháp này chỉ thành công trong công nghiệp khi quá trình polime hoá và
quá trình ngưng tụ các sản phẩm của axetaldehit tạo thành trong môi trường axit trung
GVHD: Dương Khắc Hồng Trang 13
Đồ án công nghệ Thiết kế phân xưởng sản xuất Acetaldehyt
bình bị loại bỏ. Để đạt được điều này thì các nước công nghiệp dầu mỏ liên kết là lại
với nhau năm 1912 đã đề xuất ra một quá trình sử dụng vượt quá lượng axetylen trong
cùng một điều kiện nhiệt độ và tách ra sản phẩm trung gian axetaldehit từ các phản
ứng lỏng. Cùng lúc đó thì nhiệt của phản ứng được lấy từ quá trình chưng cất một
lượng nước thích hợp. Các phản ứng phụ như là oxy hoá axetaldehit tạo ra axit axetic
và cacbon đi oxyt, kết quả là làm giảm nồng độ Hg
2 +
thành kim loại thuỷ ngân. Ở các
nước phương tây, quá trình sản xuất axetaldehit từ axetylen đã không còn phổ biến

nữa.
Ngày nay việc sản suất axetaldehit được tiến hành theo 2 phương pháp sau:
 Hydrat hoá trực tiếp axetylen dùng xúc tác thuỷ ngân tiến hành ở pha
lỏng.
 Hydrat hoá axetylen tiến hành ở pha khí.
1.2.2.1. Cơ chế
Phản ứng tiến hành theo cơ chế sau:
Theo Kusherop trước hết thuỷ ngân sunfat kết hợp với phân tử axetaldehit tạo
một hợp chất phức ít tan:
Sau đó hợp chất phức này bị thuỷ phân cho hợp chất cacbonyl và giải phóng thuỷ
ngân sunfat
Một phần axetaldehit bị oxi hoá thành axit axetic và khử HgSO
4
thành Hg.
CH
3
CHO + HgSO
4
+ H
2
O → CH
3
COOH + H
2
SO
4
+ Hg
GVHD: Dương Khắc Hồng Trang 14
Đồ án công nghệ Thiết kế phân xưởng sản xuất Acetaldehyt
Để ngăn chặn quá trình này người ta cho thêm Fe

3+
vào phản ứng và quá trình
oxy hoá kim loại thuỷ ngân tạo Hg
2+
, như vậy có thể đảm bảo được hoạt tính của
xúctác.
1.2.2.2. Xúc tác:
Có ảnh hưởng quan trọng đến quá trình, theo nguyên tắc để chuẩn bị xúc tác có
thể dùng nhiều loại axit khác nhau: axit sunfuric H
2
SO
4
, axit phốtphoric H
3
PO
4
, axit
clo hydric HCl Trong đó tốt nhất là sử dụng axit sunfuric vì nó cho vận tốc phản
ứng lớn nhất và hiệu suất axetaldehit cao.
Nồng độ axit sunfuric dao động trong khoảng 6 - 35 % ( theo lượng chất lỏng ).
Nồng độ axit càng cao vận tốc phản ứng càng lớn và giảm lượng xúc tác cần thiết,
nhưng nồng độ axit lớn sẽ tạo thành nhựa gây ra hao và bẩn. Thông thường người ta
dùng axit nồng độ 20%.
Nồng độ oxyt thuỷ ngân trong xúc tác lỏng không cho lớn hơn 1 %. Khi nồng
độ HgO lớn hơn 1% ít ảnh hưởng đến vận tốc phản ứng mà làm hao tổn thuỷ ngân khi
đi tái sinh dung dịch xúc tác.
Trong quá trình làm việc xúc tác bị giảm hoạt tính khá nhanh do axetaldehit là
chất khử mạnh sẽ khử muối Hg
2+
thành Hg

+
và Hg.
H
2
SO
4
+ CH
3
CHO + H
2
O → Hg
2
SO
4
+ H
2
SO
4
+ CH
3
COOH
Hg
2
SO
4
+ CH
3
CHO + H
2
O → 2Hg + H

2
SO
4
+ CH
3
COOH
Để hạn chế quá trình trên người ta cho vào dung dịch xúc tác các chất oxy hoá
yếu có khả năng oxy hoá thuỷ ngân kim loại thành Hg
+
và Hg
2+
, nhưng không ảnh
hưởng đến axetaldehit. Người ta hay dùng sunfat sắt để làm chất oxy hoá.
Hg + Fe
2
(SO
4
)
3
→ HgSO
4
+ 2 FeSO
4
Hg
2
SO
4
+ Fe
2
(SO

4
)
3
→ HgSO
4
+ 2 FeSO
4
Để duy trì nồng độ Fe
2
(SO
4
)
3
trong dung dịch không thay đổi sau từng quá trình
làm việc phải lấy phần FeSO
4
ra đi tái sinh:
6 FeSO
4
+ 2 HNO
3
+ 3H
2
SO
4
→ 3 Fe
2
(SO
4
)

3
+ 4 H
2
O + 2NO
Việc tái sinh dung dịch phản ứng gồm các giai đoạn sau:
• Dùng hơi nóng thổi hết axetaldehit có trong dung dịch xúc tác ra.
• Lắng để tách các cặn hữu cơ có trong xúc tác .
• Bão hoà dung dịch bằng axit sunfuric và sunfat sắt .
GVHD: Dương Khắc Hồng Trang 15
%CH3CHO
0C
20
40
60
80
0
20
40 60
80
100
Đồ án công nghệ Thiết kế phân xưởng sản xuất Acetaldehyt
• Dùng axit nitric để oxy hoá sắt hoá trị 2 thành sắt hoá trị 3, dung không khí thổi
vào để khuấy trộn và đẩy oxyt nitơ ra.
Xúc tác đã tái sinh đem chưng khô với canxi cácbonat và đem dùng lại.
Trong kĩ thuật thường dùng xúc tác có thành phần như sau:
200 g H
2
SO
4
/ 1 lít dung dịch xúc tác

4 g Fe
2+
/ 1 lít dung dịch xúc tác
0,4 - 0,5 g Hg/ 1 lít dung dịch xúc tác
36 g Fe
3+
/ 1 lít dung dịch xúc tác
Để ngăn ngừa xúc tác bị ngộ độc, axetylen trước khi cho vào phản ứng phải làm
sạch hết H
3
P, H
2
S, AsH
3
, NH
3

1.2.2.3. Nhiệt độ:
Tăng nhiệt độ vận tốc phản ứng hydrat hoá tăng, hiệu suất axetaldehit tăng nhưng
đồng thời cũng làm tăng sự hoá nhựa của axetaldehit. Nhiệt độ của quá trình phụ thuộc
nhiều vào thành phần xúc tác và vận tốc thể tích của C
2
H
2
. Nhiệt độ thường duy trì từ
75 -100
0
C.
1.2.2.4. Vận tốc thể tích:
Muốn đạt vận tốc thể tích cao axetaldehit tạo thành phải đẩy nhanh ra khỏi lớp

xúc tác để tránh sinh ra phản ứng phụ và giữ cho lớp xúc tác được bền.
Hình 1.1. Hiệu suất axetaldehit phụ thuộc vào nhiệt độ
1.2.2.5. Các quá trình sản xuất.
1.2.2.5.1. Quá trình hydrat hoá axetylen trong pha lỏng.
GVHD: Dương Khắc Hồng Trang 16
Đồ án công nghệ Thiết kế phân xưởng sản xuất Acetaldehyt
Phương pháp này tiến hành theo phản ứng của Kysherop: Cho axetylen tác
dụng với nước dùng chất xúc tác HgO hoà tan trong axit sunfuric, giai đoạn
trung gian là alcol vinylic không bền và cuối cùng ta được axetaldehit:
C
2
H
2
+ H
2
O CH
2
= CH −OH + CH
3
CHO
 Sơ đồ công nghệ:
Hình 1.2. Sơ đồ công nghệ sản xuất axetaldehyt trong pha lỏng
1.Quạt thổi khí. 2.Thiết bị tách sơ bộ nguyên liệu. 3. Tháp hydrat hóa
4. Thiết bị làm lạnh. 5. Thiết bị phân tách và hồi lưu. 6. Bơm chất lỏng. 7. Thùng chứa
sản phẩm. 8. Thiết bị làm lạnh bổ sung. 9. Tháp rửa. 10. Thùng chứa Axetaldehyt thô.
11. Thiết bị trao đổi nhiệt. 12. Tháp chưng cất sơ bộ. 13. Thiết bị ngưng tụ. 14. Thiết
bị đun sôi đáy tháp. 15. Tháp tinh luyện. 16. Thiết bị ngưng tụ sản phẩm chính.
GVHD: Dương Khắc Hồng Trang 17
Đồ án công nghệ Thiết kế phân xưởng sản xuất Acetaldehyt
 Thuyết minh sơ đồ

Khí axetylen mới và axetylen tuần hoàn cho vào máy thổi khí (1), (áp suất không
cao hơn 1,5 atm ) thổi vào đáy tháp hydrat hoá (3). Hỗn hợp hơi thoát ra ở đỉnh tháp
hydrat hoá liên tục cho vào các thiết bị làm lạnh (4)(8). Phần ngưng tụ ở tháp làm lạnh
(4) ( chủ yếu là nước ) cho quay lại tháp hydrat hoá (3). Dung dịch nước axetaldehit
( ngưng tụ ở thiết bị (8)) cùng với hơi và khí không ngưng cho vào tháp hấp thụ đĩa
(9).
Dùng nước rửa để tách axetaldehit ra khỏi axetylen chưa phản ứng, thu được
axetylen cho quay lại tháp hydrat hoá. Để tránh tích tụ khí trơ (N
2
, O
2
, CO
2
) trong thiết
bị phản ứng, một phần khí tuần hoàn phải đem đi tái sinh ( dùng nước áp suất cao để
rửa axetylen ) hoặc dùng để sản xuất than hoạt tính , tricloetylen và nhiều sản phẩm
khác.
Dung dịch axetaldehit 8 - 10% thu được ở tháp rửa (9) cho vào hai tháp tinh
luyện làm việc liên tục. Axetylen thoát ra ở tháp chưng cất sơ bộ (12) cho quay lại
tháp hydrat hoá. Phần chủ yếu ( nhẹ ): dung dịch nước axetaldehit với hỗn hợp phụ tạo
thành aldehit crôtonic. Phần đáy tháp (12) ( chủ yếu là nước có chứa một ít axit
axetic ) tháo ra cống. Phần nhẹ được đưa tới tháp chưng cất số 2. Tại đây axetaldehyt
và các sản phẩm phụ được tách riêng biệt. Axetaldehyt được tách ở đỉnh tháp và đưa
tới bồn chứa, sản phẩm phụ được lấy ra ở đáy tháp.
Sản xuất axetaldehit theo phương pháp hydrat hoá trực tiếp dùng xúc tác thuỷ
ngân ta thu được sản phẩm có nồng độ axetaldehit cao.
Bảng 1.6. Sản phẩm của quá trình theo phương pháp hydrat hóa trực tiếp
Axetaldehit 99,4 - 99,8%
Axit axetic 0,03
Para andehit 0,03 - 0,1

Aldehit crotonic 0,02 - 0,03
Nước 0,05%
Nhưng phương pháp này hao tốn thuỷ ngân, lượng thuỷ ngân hao tốn ảnh hưởng
quan trọng tới giá thành sản phẩm. Chỉ tiêu hao tốn nguyên liệu để sản suất một tấn
axetaldehit là:
C
2
H
2
680 kg
Hg 1.45kg
GVHD: Dương Khắc Hồng Trang 18
Đồ án công nghệ Thiết kế phân xưởng sản xuất Acetaldehyt
Hơi (3 at ) 2,9 tấn
H
2
SO
4
, HNO
3
, NaOH, Fe.
Ngoài ra thuỷ ngân bốc hơi rất độc ảnh hưởng đến sức khoẻ của công nhân và
gây ra các bệnh nghề nghiệp. Việc tái sinh xúc tác của thuỷ ngân tương đối phức tạp,
thiết bị làm việc phải chống ăn mòn của H
2
SO
4
. Đó là những nhược điểm của phương
pháp này nên hiện nay trên thế giới đã có nhiều nước sản xuất axetaldehit theo phương
pháp khác.

1.2.2.5.2. Quá trình sản xuất axetaldehit bằng axetylen tiến hành trong pha
khí.
Năm 1916 người ta đã nghiên cứu phương pháp điều chế axetaldehit bằng cách
hydrat hoá axetylen dùng xúc tác rắn, nhưng mãi tới những năm gần đây mới áp dụng
cho công nghiệp.
Khó khăn chính của quá trình là chọn xúc tác và điều kiện phản ứng thích hợp.
Xúc tác tốt nhất cho quá trình là axit phôtphoric và muối kẽm tẩm trên than hoạt
tính hoặc silicagen, dùng xúc tác này đạt được hiệu suất axetaldehit là 92 - 96% so với
lý thuyết và axetylen chuyển hoá được 60%.
Nhiệt độ quá trình phụ thuộc vào xúc tác và dao động trong khoảng 250 - 400
0
C.
Nhiệt độ càng cao thì phản ứng tiến hành càng nhanh nhưng xúc tác cũng mau mất
hoạt tính.
Hiệu ứng nhiệt của phản ứng hydrat hoá rất lớn nên dễ nung nóng xúc tác làm
cho quá trình tạo sản phảm phụ. Để khắc phục khó khăn đó người ta cho dư hơi nước.
Tỉ số axetylen và hơi nước thường dùng là 1 : 10 đến 1 : 20, hoặc có thể pha thêm khí
trơ với hơi nước và cho qua lớp xúc tác ở nhiệt độ cao, do đó có thể dùng vận tốc C
2
H
2
lớn và giảm thời gian tiếp xúc giữa C
2
H
2
và lớp xúc tác đến 1/10 giây, giảm bớt sản
phẩm phụ.
Dùng phương pháp này ta có thể dùng C
2
H

2
nồng độ thấp, chẳng hạn C
2
H
2
thu
được khi nhiệt phân CH
4
như vậy giảm được giai đoạn làm giàu C
2
H
2
Do những ưu điểm trên nên phương pháp hydrat hoá axetylen dùng xúc tác rắn
rất có nhiều triển vọng phát triển.
GVHD: Dương Khắc Hồng Trang 19
Đồ án công nghệ Thiết kế phân xưởng sản xuất Acetaldehyt
 Sơ đồ công nghệ
GVHD: Dương Khắc Hồng Trang 20
Đồ án công nghệ Thiết kế phân xưởng sản xuất Acetaldehyt
GVHD: Dương Khắc Hồng Trang 21
Đồ án công nghệ Thiết kế phân xưởng sản xuất Acetaldehyt
Hình 1.3. Sơ đồ công nghệ sản xuất axetandehyt đi từ axetylen ở pha khí
5,6,7: máy phun ; 14: thiết bị nung nóng; 16, 24, 34: thiết bị phản ứng; 18,29,38,43:
thiết bị tách; 48,54: thiết bị cất phân đoạn; 37, 41,51: thiết bị làm lạnh; 56: thiết bị gia
nhiệt; 36,40,44: thiết bị khuấy trộn
 Thuyết minh sơ đồ
Dòng nguyên liệu axetylen đầu tiên được đưa vào đường (1) và sau dó chia làm 3
phần tương đương nhau là (2,3,4). Ba nguồn nguyên liệu này lần lượt được dẫn vào lỗ
thoát máy phun (5,6,7). Dòng nguyên liệu (4) kết hợp với dòng tuần hoàn (13) được
dẫn vào đường (12). Hỗn hợp axetylen và hơi nước này được đưa vào thiết bị nung

nóng (14) để tăng nhiệt độ lên 315
0
C, sau đó đưa vào thiết bị (15). Tại đây tiếp xúc với
chất xúc tác trong (16) .
Thiết bị chảy dòng chứa etylen chảy từ thiết bị phản ứng (2) có chứa etylen và
axetylen, sản phẩm axetandehyt với hơi sẽ thoát ra ngoài ở nhiệt độ 425
0
C ở đường
(17), dòng chảy này được trộn lẫn với hỗn hợp nguyên liệu và hơi sạch từ máy phun
(6) ở đường (18), nước để làm lạnh ở đường (19) phải đưa vào đủ để làm giảm nhiệt
độ của hỗn hợp phản ứng ở trong ống (18) xuống 315
0
C là nhiệt độ phản ứng ban đầu
mong muốn. Hỗn hợp ở (18) được đưa vào thiết bị tháo lỏng hình trụ (20) đưa qua ống
vào thiết bị phản ứng (23), ở trong thiết bị này có tiếp xúc với xúc tác cố định (24) là
canxi orthophosphat đã được hoạt hóa 0,3% đồng orthophosphat.
Dòng chảy thứ (2) được tháo ra từ dòng chảy (23) qua ống (25) ở nhiệt độ 425
o
C
có thành phần tương tự như dòng chảy thiết bị (15). Nguyên liệu với hơi sạch được
tháo ra từ máy phun 7 qua ống (26) được trộn với nước lạnh qua ống (19) và vào ống
(27) được trộn với hỗn hợp ra khỏi thiết bị phản ứng (23) để giảm nhiệt độ, sau khi
hỗn hợp đã giảm nhiệt độ được dẫn vào thiết bị hình trụ (29). Ở đây có ống (30) để
thoát chất lỏng ra khỏi thiết bị lượng nước làm lạnh trong ống (25) xuống 315
o
C là
nhiệt độ tối ưu để bắt đầu phản ứng.
Hơi bay lên từ thiết bị tháo khuôn hình (29) theo đường (31) vào thiết bị (32). Ở
thiết bị (32) nó tiếp xúc với lớp xúc tác cố định là canxi orthor -phosphat. Lượng xúc
tác ở mỗi lớp thiết bị là như nhau, mỗi loại chứa 48m

3
chất xúc tác. Thiết bị tháo
khuôn hình trụ để bảo vệ không cho dung dịch nước đi vào thiết bị (23) và (32). Thông
thường trong quá trình vận hành thiết bị này là không cần thiết.
GVHD: Dương Khắc Hồng Trang 22
Đồ án công nghệ Thiết kế phân xưởng sản xuất Acetaldehyt
Dòng thứ (2) tháo ra ở thiết bị (32) ở nhiệt độ 425
0
C có thành phần của dòng như
dòng tháo ra ở thiết bị (15) và (24). Dòng thứ biến áp này qua ống (34) vào thiết bị đun
nóng ở thiết bị (14) bằng cách trao đổi nhiệt gián tiếp với hơi, trong ống (12). Ở ống
(14) dòng thứ biến áp này được làm lạnh tới nhiệt độ 280
o
C và dẫn vào thiết bị làm
lạnh không khí (36) và ngưng tụ (37) được được vào thiết bị tách nhanh (38), ở đó khí
lỏng được tách ra rất hiệu quả. Quá trình này làm việc ở áp suất 15 psi.
Pha khí từ thiết bị tách (38) được vào ống (39) vào thiết bị nén cấp (2), khí đã
được nén đưa qua thiết bị làm lạnh trung gian (41) và sau đó vào thiết bị tách nhanh
(43) để tách lỏng khí. Thiết bị (43) được vận hành ở áp suất 50 psi. Chất lỏng được
tách ra từ thiết bị (43) được quay lại thiết bị tách nhanh (38). Khí bay ra khỏi thiết bị
(43) vào thiết bị làm lạnh hai cấp cao hơn ở đó hỗn hợp khí được nén tới áp suất 170
psi.
Khí đã nén qua đường (46) vào phân đoạn (47) của thiết bị phân đoạn (48). Một
phần còn lại của thiết bị cất phân đoạn được nạp với vật liệu nạp phù hợp như yêu cầu.
Dung dịch lỏng từ thiết bị tách (38) được đẩy vào phân cất phân đoạn. Thiết bị cất
phân đoạn làm việc ở áp suất 150 psi và tới nhiệt độ đỉnh là 45
o
C và nhiệt độ đáy là
180
0

C.
Hơi ở trên thiết bị (48) gồm etylen, axetylen chưa phản ứng và sản phẩm
axetandehyt được đưa qua ống (52) vào phân đoạn nạp (53) của thiết bị bị cất phân
đoạn (54). Thiết bị đun sôi lại (55) và thiết bị ngưng tụ (56) để cung cấp nhiệt cần thiết
và lượng lỏng hồi lưu trong quá trình vận hành thiết bị cất phân đoạn (53). Thiết bị này
làm việc ở áp suất 135 psi. Nhiệt độ đỉnh là 25
o
C và nhiệt độ đáy là 40
o
C. Chất làm
lạnh phù hợp nhất là propan và propylen được đưa vào thiết bị (55) để duy trì nhiệt độ
làm việc của thiết bị (53).
Hỗn hợp khí gồm etylen và axetylen chưa phản ứng được tháo ra thì thiết bị (53)
qua đường (56) ra ngoài. Dòng hơi nước được lấy ra từ đáy thiết bị (48) qua ống (48)
qua ống (60). Một phần nhỏ lượng hơi nước này qua ống (61), (19), (27) để giảm nhiệt
độ của dòng chất lỏng của dòng thiết bị (15), (23) đi ra và còn lại là nước đưa ra ngoài
ống (62).
1.2.2.5.3. Hydrat hoá gián tiếp axetylen để điều chế axetaldehit.
Quá trình tiến hành theo phản ứng:
GVHD: Dương Khắc Hồng Trang 23
Đồ án công nghệ Thiết kế phân xưởng sản xuất Acetaldehyt
CH
3
OH + HC ≡ CH → CH
3
O CH=CH
2
CH
3
OCH = CH

2
+ H
2
O → CH
3
CHO + CH
3
OH
Giai đoạn một tổng hợp vinyl ête từ axetylen và rượu metylic. Phản ứng tiến
hành dưới áp suất 15 - 60 atm có NaOH tham gia.
Giai đoạn hai thuỷ phân vinyl ête, có thể tiến hành trong pha lỏng hoặc pha khí.
Nếu tiến hành trong pha lỏng duy trì nhiệt độ 80 - 100
0
C, dưới áp suất 2,5 atm
và 0,25% dung dịch H
2
SO
4
. Nếu tiến hành ở pha khí, thổi hỗn hợp hơi Vinyl ête và
nước ở 210
0
C và 5 atm qua xúc tác axit phôtphoric 6% ngậm trên Silicagen. Tiến
hành theo phương pháp này ta thu được axetaldehit rất sạch (99,7 - 99,9%), hiệu suất
đạt 99% so với lý thuyết.
Qua tính toán người ta thấy rằng phương pháp này cần một số vốn đầu tư lớn vì
phải trang bị các thiết bị làm việc dưới áp suất cao.
GVHD: Dương Khắc Hồng Trang 24
Đồ án công nghệ Thiết kế phân xưởng sản xuất Acetaldehyt
CHƯƠNG 2 : THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
2.1. Lựa chọn công nghệ.

Ngày nay có nhiều công nghệ sản xuất axetaldehyt được dùng trên thế giới, mỗi
công nghệ đều có những ưu nhược điểm riêng của nó. Công nghệ sản xuất đi từ nguồn
nguyên liệu là axetylen có từ lâu đời, sử dụng nguồn nguyên liệu đắt tiền và xúc tác
thủy ngân độc nhưng nhờ vào những đặc tính ưu việt của nó nên công nghệ này vẫn
còn tồn tại và phát triển. Quá trình hydrat hóa trong pha lỏng của công nghệ này vẫn là
quá trình chính.
2.2. Xây dựng quy trình.
• Tháp tổng hợp là tháp sủi bọt. Tại đây xảy ra quá trình hydrat hóa axetylen tạo
thành axetaldehyt. Nhiệt độ phản ứng là 97
o
C, áp suất 2at. Trong tháp chứa đầy
dung dịch xúc tác (Hg
2+
, H
2
SO
4
)
• Hỗn hợp khí sau khi đi ra khỏi tháp phản ứng sẽ vào tháp hấp thụ. Tại đâycác
sản phẩm sẽ được hấp thụ bằng nước còn khí không phản ứng sẽ tuần hoàn về
dòng nguyên liệu.
• Sản phẩm đi ra khỏi tháp hấp thụ sẽ được đưa vào 2 tháp chưng luyện làm việc
liên tục nhằm tách hết các sản phẩm phụ.
Phương pháp hydrat hóa axetylen trong pha lỏng để sản xuất axetaldehyt cho ta
sản phẩm có độ tinh khiết rất cao.
GVHD: Dương Khắc Hồng Trang 25