đồ án tốt nghiệp tổng hợp axetylen

Đồ án tốt nghiệp đại học khóa 2009-2013 Trường ĐHBRVT
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM
1.1.Tính chất của nguyên liệu
1.1.1. 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.
1.1.1.1. Tính chất vật lý
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.
Axetylen 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 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
0

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.
1
Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 1 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Đồ án tốt nghiệp đại học khóa 2009-2013 Trường ĐHBRVT
1.1.1.2. Tính chất hoá 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.
a) 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

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%.
• Cộng halogen

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
0
C.
• 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.
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.
2
Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 2 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Đồ án tốt nghiệp đại học khóa 2009-2013 Trường ĐHBRVT
etyl vinyl ete
vinyl axetat
• Phản ứng cộng với aldehit
b)Phản ứng trùng hợp
Cho C
2
H
2
qua ống nung đỏ ở 600 – 800
o
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.
Nếu có chất xúc tác (CO)
4
Ni[P(C
6
H

5
)
3
]
2
ở nhiệt độ 60÷70
o
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.
c)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.
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.

Bảng 1.1. 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
3
Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 3 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Đồ án tốt nghiệp đại học khóa 2009-2013 Trường ĐHBRVT
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
o
C hoặc qua dung dịch lỏng Natri
amidua (NaNH
2
) sẽ tạo ra dẫn suất thế Natri axetylenua.
Cho axetylen vào dung dịch bạc nitrat trong amoniac sẽ tạo ra kết tủa bạc
axetylenua Ag
2
C
2

màu xám.
Cho axetylen qua dung dịch Đồng (I) clorua CuCl trong amoniac sẽ tạo kết tuả vô
định hình màu đỏ
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.
Do khi bị va đập các axetylenua Ag, Cu nổ mạnh nên người ta thường không dùng
ống đồng hay bạc làm ống vận chuyển khí C
2
H
2
.
1.1.1.3. Các phương pháp tổng hợp axetylen
Do axetylen là một nguyên liệu đầu vào 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 hydrocacbon.
a) 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
4
Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 4 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Đồ án tốt nghiệp đại học khóa 2009-2013 Trường ĐHBRVT
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:
Trong sản xuất, khi phân huỷ 1 Kg CaC
2
nguyên chất cần 0,562 Kg nước, thu
được 1,156 Kg bã 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:
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 cacbua 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.
b) Sản xuất axetylen từ hydrocacbon

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:
5
Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 5 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Đồ án tốt nghiệp đại học khóa 2009-2013 Trường ĐHBRVT
Phản ứng phân huỷ metan để tạo thành axetylen bắt đầu ở 800
o
C, để đạt hiệu suất
theo yêu cầu thì nhiệt độ phải là 1500÷1800
o
C. Các đồng đẳng của metan thì phân
huỷ tạo thành axetylen ở nhiệt độ thấp hơn ( khoảng 1100÷1200
o
C ).
Để phân huỷ metan và các đồng đẳng của nó thành axetylen, người ta dùng các
biện pháp sau.
• 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
o
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÷16% thể tích. Trước khi đem
dùng cần phải phân riêng và tách hydro ( dùng trong công nghiệp tổng hợp amoniac ),
bồ 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. Quá trình này tiến hành ở 1400÷1500
o
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
o
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
o
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.
6
Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 6 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Đồ án tốt nghiệp đại học khóa 2009-2013 Trường ĐHBRVT
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.
1.1.2. Nước
Trong công nghiệp hoá học nước đóng vai trò hết sức quan trọng. Trong sản xuất
nó được dùng làm cho nhiều quá trình chế biến hoá học. Ngoài ra nước còn được dùng
để làm lạnh, chất tải nhiệt Trong công nghiệp tổng hợp axetandehit nước là một chất
không thể thiếu được.
1.1.2.1. Tính chất vật lý
Nước là chất lỏng không mùi không vị sôi ở 100
o
C có nhiệt dung riêng lớn nhất
trong tất cả các chất lỏng có liên kết cộng hoá trị, do các phân tử nước có liên kết
hydro khá mạnh nên khi đun nóng nước phải tiêu tốn một lượng nhiệt lớn để phá vỡ
liên kết hydro.
Khối lượng riêng của nước ở 4
o
C là:
1.1.2.2. Tính chất hoá học
Nước là hợp chất rất bền với nhiệt.
Khả năng phản ứng của nước rất lớn, nó có khả năng tham gia nhiều loại phản ứng
hoá học như:
• Hòa tan nhiều hợp chất ion và hợp chất cộng hoá trị phân cực.
• Phản ứng điện ly các chất điện ly.
• Phản ứng thuỷ phân các muối, este.

• Phản ứng oxy hoá khử.
Ngoài ra nước còn dùng làm xúc tác cho một số phản ứng hoá học.
1.1.3. Oxy
1.1.3.1. Tính chất vật lý
Oxy là một chất khí không màu, không vị, duy trì sự sống và sự cháy, ít hoà tan
trong nước. Oxy tồn tại ở hai dạng thù hình là O
2
và O
3
( O
3
là chất khí có màu xanh
nhạt và có mùi tanh ).
1.1.3.2. Tính chất hoá học
7
Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 7 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Đồ án tốt nghiệp đại học khóa 2009-2013 Trường ĐHBRVT
Oxy là phi kim có tính oxy hoá mạnh.
• Tác dụng với kim loại.
• Tác dụng với phi kim.
• Tác dụng với các hợp chất khác.
1.1.3.3. Phương pháp sản xuất oxy
Trong phòng thí nghiệm oxy được tổng hợp dựa vào quá trình nhiệt phân các chất
giàu oxy ( KMnO
4
). Trong công nghiệp, oxy được sản suất dựa vào quá trình chưng
phân đoạn không khí lỏng hay dùng phương pháp điện phân nước.
1.2.Tính chất của sản phẩm
1.2.1. Tính chất của axetandehit
1.2.1.1. Tính chất vật lý của axetandehit

Axetaldehit có công thức phân tử C
2
H
4
O, là một chất lỏng không màu, có mùi cay,
gây ngột ngạt như mùi nước hoa quả loãng.
Ở áp suất 101,3 KPa Nhiệt độ sôi là 20,16
o
C
Điểm nóng chảy -123,5
o
C
Nhiệt độ tới hạn là t
crit
= 181,5(
o
C)
Áp suất tới hạn p
crit
= 6,64 (Mpa)
Tỉ trọng ( t đo bằng
o
C )
( t đo bằng
o
C )
Thể tích mol pha khí :
Ở 101,3 KPa và 20,16
o
C: 23,40 (l/mol)

25,0
o
C: 23,84 (l/mol)
Thể tích đặc biệt của pha hơi :
Ở 20,16
o
C : V = 0,531 (m
3
/Kg)
Ở 25,0
o
C : V = 0,541 (m
3
/Kg)
Tỉ trọng pha hơi so với không khí ( không khí = 1 ) : d = 1,52
Bảng 1.2. Áp suất hơi bão hòa của axetandehit phụ thuộc vào nhiệt độ
t ,
o
C -20 - 0,27 5,17 14,76 50 100
P ,Mpa 16,4 43,3 67,6 82,0 279,4 1014,0
Độ nhớt pha lỏng :
Ở 9,5
o
C : 0,253 (mPa.s).
Ở 20
o
C :0,21 (mPa.s).
8
Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 8 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Đồ án tốt nghiệp đại học khóa 2009-2013 Trường ĐHBRVT

Độ nhớt pha hơi ở 25
o
C :86.10
- 4
(mPa.s).
Sức căng bề mặt ở 20
o
C :21,2 . 10
- 2
(mNcm
- 1
).
Mô men lưỡng cực ( Pha khí ) : 2,69 ± 2% D.
Hằng số điện môi của pha lỏng ở 10
o
C : 21,8.
Hằng số điện môi của pha hơi ở 20,16
o
C, 101,3kPa : 1,0216.
Nhiệt dung pha lỏng:
Tại 0
o
C : C
p
= 2,18 (Jg
- 1
K
- 1
).
Tại 20

o
C: C
p
= 1,38 (Jg
- 1
K
- 1
).
Tại 80
o
C: C
p
= 1,24 (Jg
- 1
K
- 1
).
Tại 120
o
C: C
p
= 1,05 (Jg
- 1
K
- 1
).
Nhiệt dung pha hơi ở 25
o
C, 101,3 KPa: 1,24 (Jg
-1

K
-1
).
Hằng số dẫn nhiệt của lỏng ở 20
o
C: 0,174 (m
-1
s
-1
K
-1
).
Hằng số dẫn nhiệt của hơi ở 25
o
C: 1,09.10
- 2
(m
-1
s
-1
K
-1
).
Hằng số giãn nở bậc ba trên mỗi độ: 0,00169.
Nhiệt cháy của pha lỏng ở áp suất không đổi: 1168,79 (KJ/mol).
Nhiệt hoà tan trong nước (hoà tan vô hạn ): 17906 (J/mol).
Ẩn nhiệt hoá hơi ở 20,2
o
C: 25,73 (KJ/mol).
Nhiệt tạo thành ∆H từ các nguyên tố ở 25

o
C của axetandehit ở thể khí là -166,47
kJ/mol. Sự tạo thành của axetandehit ở thể khí hay thể lỏng phụ thuộc vào nhiệt độ,
entanpi của quá trình hoá hơi tại nhiệt độ là trên 800
o
C và áp suất là 30 Mpa.
Năng lượng Gibbs của sự tạo thành axetandehit ở thể khí từ các nguyên tố ở 25
o
C:
-133,81 kJ/mol.
Entropi của axetandehit ở dạng khí ở 25
0
C: 265,9 (Jmol
-1
K
-1
).
Entropi của axetandehit ở dạng lỏng ở 20,16
0
C: 172,9 (Jmol
-1
K
-1
).
Thế ion hoá thứ nhất: 10,5 (eV).
Hằng số điện ly ở 0
o
C là: 0,7.10
-14
(mol/L).

Axetandehit có thể hòa tan hoàn toàn trong nước và trong hầu hết các dung môi
hữu cơ. Nó tạo thành hỗn hợp đẳng phí với nước, metanol, etanol, axetol, axit axetic
hoặc benzen.
Axetandehit là chất lỏng dễ bay hơi và có giới hạn nổ trong không khí là từ 4÷57
% thể tích.
9
Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 9 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Đồ án tốt nghiệp đại học khóa 2009-2013 Trường ĐHBRVT
Bảng 1.3. Bảng tóm tắt tính chất vật lý của axetandehit
Tính chất vật lý Giá trị
1 Nhiệt độ sôi ở 101,2 KPa 20,16 (
o
C)
2 Nhiệt độ nóng chảy -123,15 (
o
C)
3 Nhiệt độ tới hạn t
crit
181,5 (
o
C)
4 Áp suất tới han P
crit
6,44 (Mpa)
5 Tỷ trọng(theo t
o
C) d
n
4
=0,8045-0,001325.t

6 Chỉ số khúc xạ(theo t
o
C) n
4
D
=1,3424-0,000563.t
7 Thể tích mol ở pha khí
ở áp suất 101,3kPa và 20,16
o
C
ở áp suất 101,3kPa và 25
o
C
23,40 (l/mol)
23,84 (l/mol)
8 Thể tích riêng ở pha hơi ở 20,16
o
C
ở 25
o
C
0,531 (m
3
/kg)
0,541 (m
3
/kg)
9 Tỷ trọng hơi so với không khí 1,52
10 Áp suất hơi ở: - 20
o

C
5,17
0
C
14,76
0
C
16,4 (KPa)
57,6 (KPa)
82,0 (KPa)
11 Độ nhớt của pha lỏng ở
9,5
o
C
20
o
C
0,253 (mPa.s)
0,210 (mPa.s)
12 Độ nhớt của pha hơi ở 25
o
C 86.10
-4
(mPa.s)
13 Sức căng bề mặt ở 20
o
C 21,2.10
-2
(mN/cm)
14 Momen lưỡng cực(pha khí) 2,69 ÷ 2%D

15 Hằng số điện môi của pha lỏng ở 10
o
C 21,80
16 Hằng số điện môi của pha hơi ở 20,16
o
C và
101,3kPa
1,0216
17 Nhiệt dung riêng của pha lỏng ở
0
o
c
20
o
C
của pha hơi ở 25
o
C và 101,3kPa
2,18 (J/g.K)
1,24 (J/g.K)
38 (J/g.K)
18 Độ dẫn điện của pha lỏng ở 20
o
C
của pha hơi ở 25
o
C
0,174 (J/m.s.K)
1,09.10
2

(J/m.s.K)
19 Nhiệt tạo thành của pha lỏng ở áp suất không
đổi
1168,79 (KJ/mol)
10
Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 10 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Đồ án tốt nghiệp đại học khóa 2009-2013 Trường ĐHBRVT
20 Nhiệt hoà tan trong nước 17906 (J/mol)
21 Ẩn nhiệt hoá lỏng 3246,3 (J/mol)
22 Ẩn nhiệt hoá hơi ở 20,2
o
C 25,73 (KJ/mol)
23 Nhiệt tạo thành H từ các nguyên tử ở 25
o
C -166,47 (KJ/mol)
24 Năng lượng tự do G tạo thành từ các nguyên
tử ở 25
o
C
-133,81 (KJ/mol)
25 Entropi của axetandehit ở 25
o
C, khí
ở 20,16
o
C, lỏng
ở 20,16
o
C, hơi
265,9 (J/mol.K)

172,9 (J/mol.K)
91,57 (J/mol.K)
26 Thế năng ion hoá thứ nhất 10,5e (V)
1.2.1.2. Tính chất hoá học của axetandehit
Axetandehit là một hợp chất có khả năng tham gia vào các phản ứng hoá học cao,
nó có mặt trong hầu hết các phản ứng tiêu biểu của nhóm chức aldehit (CHO) như là
một chất có chứa nhóm alkyl mà nguyên tử hydro được kích họat bởi nhóm cacbonyl ở
vị trí anpha.
a. Phản ứng cộng nước
Axetandehit cộng với nước tạo hợp chất hydrat không bền, chủ yếu xảy ra quá
trình hòa tan.
b. Phản ứng cộng với hợp chất amoniac và amin
Axetandehit dễ dàng tham gia phản ứng cộng với amoniac trong pha hơi hoặc
trong dung dịch để tạo dạng andehit-amoni hay CH
3
CH(OH)NH
2
Phản ứng cộng này đầu tiên có thể tạo ra CH
3
CH
2
(OH)NH
2
. Khi cho axetandehit
cộng với dung dịch amoniac hoặc dung dịch amoniac trong trong rượu etylic
(C
2
H
5
OH) ở điều kiện là trong nồi hấp ở nhiệt độ 50 - 75

o
C, áp suất phản ứng 12 at,
thời gian phản ứng là 2 giờ, xúc tác Ni-H
2
, sau phản ứng thu được dietyl amin
(C
2
H
5
)
2
NH:
Phản ứng của axetandehit và aniline:
11
Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 11 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Đồ án tốt nghiệp đại học khóa 2009-2013 Trường ĐHBRVT
Hợp chất có thể thực hiện quá trình polime hóa để tạo ra cao su.
Axetandehit cũng có thể phản ứng với hidroxylamin () tạo ra andoxime:
(axetandoxime)
Ngoài ra axetandehit còn than gia phản ứng cộng với phenylhydrazine tạo thành
axetanphenylhydrazone:
(Phenylhydrazine) (axetanphenylhydrazone)
Pyridin và dẫn xuất của nó được sản xuất từ paraandehyt (trime vòng của
axetandehit) và dung dịch amoniac với sự có mặt của chất xúc tác thực hiện ở nhiệt độ
cao hơn. Các nhà bác học: Live và Othermen đã nghiên cứu phản ứng ở pha hơi của
formandehit, axetal dehit và amoniac ở nhiệt độ 360
o
C với chất xúc tác oxit. 49% sản
lượng pyridin và pycolin thu được nhờ sử dụng chất xúc tác alumino silicat hoạt hoá.
c. Phản ứng cộng với hợp chất halogen

Các halogen ( Cl
2
, Br
2
, I
2
) có khả năng thay thế nguyên tử hidro của nhóm metyl,
nguyên tố clo có khả năng phản ứng với axetandehit ở nhiệt độ phòng tạo ra clo-
axetandehit (ClCH
2
CHO), nếu ta tăng nhiệt độ lên 70 đến 80
o
C thì tạo ra diclo –
axetandehit (Cl
2
CHCHO), nếu tăng lên 90
o
C thì tạo ra Cloran (Cl
3
CCHO).
ClCH
2
CHO
CH
3
CHO + Cl
2
Cl
2
CHCHO +HCl

Cl
3
C- CHO
Phản ứng thế nguyên tử hidro bằng nguyên tử brom và clo, ngoài nhiệt độ ra còn
phải sử dụng chất xúc tác là bột antimon hoặc alumino clorua hoặc muối clorua sắt tạo
thành bromal (Br
3
CHO), axetylbromua (CH
3
COBr) được coi là sản phẩm của quá trình
brom hoá axetandehit trong rượu etylic, axetylclorua (CH
3
COCl) được tạo thành từ
pha khí của axetandehit và Clo.
12
Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 12 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Đồ án tốt nghiệp đại học khóa 2009-2013 Trường ĐHBRVT
d. Phản ứng cộng với andehit và xeton
Phản ứng giữa axetandehit và formandehyt dư với chất xúc tác là bazơ, đây là
phản ứng rất quan trọng trong công nghiệp để tạo thành bentacrithol [C(CH
2
OH)
4
].
Sự ngưng tụ andol của 3 mol formandehyt với một mol axetandehit được nghiên
cứu bởi phản ứng Canizano pentacrythrose, (HOCH
2
)
3
CCHO (là một sản phẩm trung

gian) sẽ tiếp tục phản ứng với fomandehit tạo ra pentacrythol [C(CH
2
OH)
4
]. Quá trình
nhận được hoàn toàn sản phẩm trung gian được tạo thành là pentacrythrose
(HOCH
2
)
3
CCHO do phản ứng giữa axetandehit và fomandehit ở nhiệt độ 45
o
C có sử
dụng oxit magiê làm chất xúc tác.
Phản ứng pha hơi của axetandehit và fomandehit ở 35
o
C với sự có mặt của chất
xúc tác là NaOH trên silicagen cho ta sản phẩm là acrolin (CH=CHCHO).
Axetandehit ngưng tụ tạo ra các andol với các hỗn hợp cacbon khác chứa các
nguyên tử hidro hoạt động. Rượu hexyl [CH
3
(CH
2
)
4
CH
2
OH] và 2-etyl 1-butanol, được
sản xuất với quy mô công nghiệp bằng sự ngưng tụ axetandehit và butyl andehyt trong
dung dịch kiềm loãng với sự có mặt của chất xúc tác.

e. Phản ứng cộng với rượu và phenol
Quá trình cộng rượu và axetandehit với sự có mặt cuả axit bởi sự chuyển động của
nước tạo cho ta hợp chất bán axeton, từ hợp chất này tạo nên axeton. Những diol cho
ta cyclic axetal, ví dụ: 2-metyl.1.3-dioxolan nhận được từ etylen glycol và axetandehit.
Sự tạo thành axeton bằng phản ứng pha hơi không có chất xúc tác giữa axetandehit và
ancol ở 350
o
C. Butadien được tạo ra bởi phản ứng giữa axetandehit và etyl ancol ở
nhiệt độ lớn hơn 300
o
C với chất xúc tác là tantasilicat. Andol và crytandehit được tạo
thành giữa phản ứng axetandehit và butanol trong sự có mặt của chất xúc tác và ở
nhiệt độ 300
o
C.
Phản ứng giữa 1 mol axetandehit và phenol với sự có mặt của 1 axit vô cơ làm
chất xúc tác tạo ra 1.1bisetan (hydroxyl phenyl) [CH
3
CH(C
6
H
4
OH)
2
] nếu có chất xúc
tác là axit thì axetandehit phản ứng với 3 hay ít nhất 3 mol phenol tạo thành nhựa có
khả năng tan.
13
Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 13 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Đồ án tốt nghiệp đại học khóa 2009-2013 Trường ĐHBRVT

f. Phản ứng cộng với hợp chất cơ Magie ( RMgX)
Axetandehit phản ứng với hợp chất cơ Magie để tạo ra rượu:
g. Phản ứng với hợp chất bisunfit
h. Phản ứng oxy hoá
Một lượng lớn axetandehit sản xuất ra trên thế giới được sử dụng cho việc sản xuất
axit axetic bằng phản ứng oxy hoá với oxy hoặc không khí.
Axetandehit mono peraxetat được tạo thành như một sản phẩm trung gian và phân
huỷ thành axit peraxetic (CH
3
COOOH) và axetandehit, ở nhiệt độ cao và có mặt một
lượng xúc tác muối sắt hoặc muối coban. Trong sự có mặt của muối Mn
2+
, axit axetic
nhận được từ axetandehit monoperaxetat, và trong sự có mặt của muối Co
2+
và muối
Cu
2+
thì anhydric axetic có thể được tạo thành.
Mono, di và triclo axetandehit, tri brôm axetandehit (bromal) rất có lợi cho việc
tạo ra thuốc trừ sâu ví dụ: DDT, DDD, dược phẩm và các loại thuốc nhuộm.
14
Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 14 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Đồ án tốt nghiệp đại học khóa 2009-2013 Trường ĐHBRVT
i. Phản ứng khử
Axetandehit dễ dàng tham gia phản ứng khử (hydro hoá) tạo thành etanol như
sau:
Trước năm 1939, trước khi công nghiệp hoá dầu sản xuất etylen trở nên có sẵn ở
châu âu, thì phản ứng này được dùng trong công nghiệp để sản xuất etanol từ
axetandehit.

Mono-, di- và trietyl amin có thể được sản xuất từ axetandehit, amoniac và hydro
với sự có mặt của xúc tác Niken.
k. Phản ứng polime hoá
Đime tạo thành từ axetandehit có mùi hăng, không tan trong nước và có khả năng
tan trong rượu và benzen. Khi cho một axit vô cơ như: H
2
SO
4
, H
3
PO
4,
, HCl hay H
2
SO
3
vào dung dịch axetandehit tạo thành một dime paraxetandehit, với sự có mặt của
H
2
SO
4
đậm đặc dư thì tạo thành các sản phẩm như hắc ín.
Ở nhiệt độ thấp hơn với sự hoà tan của clorua khan hoặc pyridin hidro bromnua
kết tinh thành tetrime và metaldehyt. Peoxit, nước và các chất đồng xúc tác của rượu là
những chất khơi mào cho phản ứng polime hoá. Ngày nay người ta đã tạo ra (polime
có sự đàn hồi cao, không dính, không màu) từ axetandehit nhờ vào việc sử dụng nhôm
làm xúc tác ở nhiệt độ 70
o
C và áp suất là 100 atm. Các poli axetandehit kết tinh nhờ
các chất xúc tác hữu cơ kim loại như: alkyl oxyt kim loại kiềm.

l. Phản ứng phân huỷ
Khi có tác dụng của nhiệt độ axetandehit bị phân huỷ tạo thành metan và oxit
cacbon theo phản ứng.
m. Phản ứng với hợp chất PCl
5
tạo hợp chất CH
3
CHCl
2
Phản ứng xảy ra như sau:
15
Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 15 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Đồ án tốt nghiệp đại học khóa 2009-2013 Trường ĐHBRVT
Tóm lại: Ta thấy axetandehit có khả năng tham gia phản ứng hoá học rất cao, nhờ
có khả năng này mà axetandehit có rất nhiều ứng dụng trong công nghệ hoá học.
1.2.2. Ứng Dụng Của Axetadehit
Axetandehit có rất nhiều ứng dụng trong công nghiệp tổng hợp hữu cơ, khoảng
95% là sản phẩm trung gian trong các nhà máy chế biến hoá học, nhưng chủ yếu là để
sản xuất axit axetic. Từ axit axetic có thể tổng hợp được nhiều chất hoá học như: vinyl
axetat, monocloaxetat, axetal este, anhydric axetic.
Vinyl axetat được sử dụng làm chất nhũ tương trong sản xuất sơn, keo dính áo
mưa và dệt may. Anhydric axetat được sử dụng cho việc sản xuất vải xenlulo axetat và
nhựa xenlulolic.
Các sản phẩm được sản xuất từ phản ứng ngưng tụ andol đã trở thành một ứng
dụng hết sức quan trọng của axetandehit trong đó có hai sản phẩm butanol - 1 và etyl
hexanol -2 đóng vai trò quan trọng nhất.
Qua axit axetic có thể thu được butylaxetat, đây là một dung môi quan trọng trong
việc sản xuất nitro xenlulo, do đó có ưu điểm hơn hẳn so với các loại dung môi khác.
Các polime axetandehit như paraldehit, metyl andehit, poliaxetandehit có rất nhiều
ứng dụng trong công nghệ tổng hợp hữu cơ. Ví dụ: từ paraldehit sản xuất nhựa, piridin

và quá trình clo hoá của cloran. Từ năm 1939 đến 1945 paraaldehit được sử dụng như
làm nhiên liệu cho động cơ.
Metal aldehit được sử dụng như là nguyên liệu cho quá trình nhuộm vải,
poliaxetandehit là một dung môi hữu cơ rất quan trọng trong công nghiệp hoá học.
Ngoài những sản phẩm trên axetandehit còn được sử dụng trong việc tạo ra butadien.
Ngày nay butadien là một nguyên liệu ban đầu hết sức quan trọng trong công nghiệp
sản xuất nhựa và MTBE Nhựa phenol andehit cũng là sản phẩm có nhiều ưu điểm,
axetandehit cũng được sử dụng trong công nghiệp sản xuất các thiết bị.
Tóm lại axetandehit có rất nhiều ứng dụng trong công nghệ tổng hợp hữu cơ, vì
vậy sản xuất axetandehit đóng vai trò hết sức quan trọng trong các quá trình chế biến
hoá học.
16
Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 16 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Đồ án tốt nghiệp đại học khóa 2009-2013 Trường ĐHBRVT
1.3. Phương pháp sản xuất Axetandehit
1.3.1. Quá trình sản xuất axetandehit đi 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:
Phương pháp này chỉ thành công trong công nghiệp khi quá trình polime hoá và
quá trình ngưng tụ các sản phẩm của axetandehit tạo thành trong môi trường axit trung
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 axetandehit 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. Ngoài ra còn có các phản ứng phụ như là oxy hoá axetandehit
tạo ra axit axetic và cacbon đioxyt, kết quả là làm giảm nồng độ Hg
2+
do tạo thành kim
loại thuỷ ngân.
Ngày nay việc sản suất axetandehit 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.
1.3.1.1. Quá trình hydrat hoá axetylen trong pha lỏng
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 axetandehit:
Phản ứng tiến hành theo cơ chế sau:
Theo Kusherop trước hết thuỷ ngân sunfat kết hợp với phân tử axetandehit 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
17
Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 17 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Đồ án tốt nghiệp đại học khóa 2009-2013 Trường ĐHBRVT
Một phần axetandehit bị oxi hoá thành axit axetic và khử HgSO
4
thành Hg.
Để ngăn chặn quá trình này người ta cho thêm Fe
3+
vào phản ứng và xảy ra quá
trình oxy hoá kim loại thuỷ ngân tạo Hg
2+
, như vậy có thể đảm bảo được hoạt tính của
xúc tác.
1.3.1.2. Quá trình oxy hoá pha lỏng của Hoechst
Quá trình oxy hoá pha lỏng này tránh được sự độc hại của hợp chất thuỷ ngân, nó
được vận hành bằng nhiều cách khác nhau bởi Wacker-Chemie.
Trong phương pháp này sắt (III) sunfat được thêm vào để oxy hoá lại thuỷ ngân
kim loại thành muối kim loại thuỷ ngân (II) do đó đảm bảo chắc chắn hoạt tính của
xúc tác. Axetylen phản ứng ở 90÷95

o
C với dung dịch xúc tác lỏng, khoảng từ 30÷50%
axetylen phản ứng. Khí thoát khỏi lò phản ứng được làm lạnh, phần nước chính và các
vệt thuỷ ngân được phân tách và cho hồi lưu trở lại lò phản ứng. Axetandehit và nước
được ngưng tụ ở thiết bị làm lạnh bổ sung và axetandehit cuối cùng được rửa ở bên
ngoài bằng nước từ thiết bị hồi lưu khí, đã được làm lạnh đến 25÷30
o
C. Từ quá trình
trên ta thu được dung dịch axetandehit có nồng độ 8-10%. Nitơ và một số khí khác có
lẫn một phần trong khí nguyên liệu. Để tránh sự thừa thải các khí này được tách bỏ
bằng cách rút bớt một lượng nhỏ hơi của thiết bị hồi lưu khí. Sắt (II) sunfat được hình
thành trong phản ứng và bị oxy hoá trong tháp phân tách với axit nitric 30% ở 95
o
C.
Axetandehit tinh khiết thu được bởi tháp chưng cất phân đoạn dung dịch lỏng ở áp
suất 200kPa.
1.3.1.3. Quá trình sản xuất thông qua Vinyl ête
Quá trình này hoàn toàn tránh xa được sự độc hại của hợp chất thuỷ ngân. Metanol
được thêm vào cùng với axetylen ở 150÷160
o
C và áp suất 1600 kPa có mặt của kali
hydroxit để tạo thành metyl vinyl ête. Metyl vinyl ête sau đó được thuỷ phân với axit
loãng:
1.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng trong pha lỏng
18
Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 18 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Đồ án tốt nghiệp đại học khóa 2009-2013 Trường ĐHBRVT
• 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 axetandehit 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 phí và tạo cặn 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 axetandehit là
chất khử mạnh sẽ khử muối Hg
2+
thành Hg
+
, và Hg.
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 axetandehit. Người ta hay dùng sunfat sắt để làm chất oxy hoá.

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:
Việc tái sinh dung dịch phản ứng gồm các giai đoạn sau:
• Dùng hơi nóng thổi hết axetandehit 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.
• Dùng axit nitric để oxy hoá sắt hoá trị 2 thành sắt hoá trị 3, dùng 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.
19
Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 19 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
%CH3CHO
0C
20
40
60
80
0
20
40
60
80

100
Đồ án tốt nghiệp đại học khóa 2009-2013 Trường ĐHBRVT
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

• Nhiệt độ
Tăng nhiệt độ vận tốc phản ứng hydrat hoá tăng, hiệu suất axetandehit tăng nhưng
đồng thời cũng làm tăng sự hoá nhựa của axetandehit.
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
o
C.
Hình 1.1. Hiệu suất axetandehit phụ thuộc vào nhiệt độ
• Vận tốc thể tích
Muốn đạt vận tốc thể tích cao axetandehit 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.
1.3.2.1. Công nghệ sản xuất axetandehit trong pha lỏng
Tiến hành hydrat hoá trong tháp hình trụ cao 10÷12 mét, đường kính gần 1m, đáy
hình chóp, có phần đỉnh tháp lớn hơn phía dưới để chứa khí sản phẩm trước khi dẫn ra
khỏi tháp. Bên trong thiết bị lót cao su hoặc vật liệu chịu axit.
20
Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 20 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Đồ án tốt nghiệp đại học khóa 2009-2013 Trường ĐHBRVT
Thổi axetylen từ phía dưới đáy tháp lên qua dung dịch phản ứng tiến hành hydrat
hoá. Qua thiết bị gần 60% axetylen chuyển hoá thành axetandehit. Hơi axetandehit
cùng với axetylen chưa phản ứng và hơi nước thoát ra ở đỉnh tháp. Ở đáy tháp phải
liên tục cho hơi nước vào để bù vào lượng nước tham gia phản ứng hydrat hoá và bị
bốc hơi.
Sơ đồ công nghệ:
21
Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 21 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Đồ án tốt nghiệp đại học khóa 2009-2013 Trường ĐHBRVT
• Thuyết minh dây chuyền:
Khí axetylen mới và axetylen tuần hoàn cho vào máy thổi khí (1), (áp suất không
cao hơn 2 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). Phần ngưng tụ ở thiết bị làm lạnh

22
Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 22 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Đồ án tốt nghiệp đại học khóa 2009-2013 Trường ĐHBRVT
(chủ yếu là nước) cho quay lại tháp hydrat hoá (3). Dung dịch nước và axetandehit
ngưng tụ ở thiết bị làm lạnh thứ 2 cùng với hơi và khí không ngưng cho vào tháp hấp
thụ (8).
Dùng nước rửa để tách axetandehit 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 dưới áp suất cao
để rửa axetylen) hoặc dùng để sản xuất than hoạt tính, tricloetylen (C
2
HCl
3
) và nhiều
sản phẩm khác.
Dung dịch axetandehit 8÷10% thu được ở tháp hấp thụ (8) cho vào hai tháp tinh
luyện làm việc liên tục. Axetylen thoát ra ở tháp bốc hơi (11) cho quay lại tháp hydrat
hoá. Phần chủ yếu (nhẹ): dung dịch nước axetandehit với hỗn hợp phụ tạo thành
aldehit crôtonic. Phần đáy tháp (11) chủ yếu là nước có chứa một ít axit axetic.
Sản xuất axetandehit theo phương pháp hydrat hoá trực tiếp dùng xúc tác thuỷ
ngân ta thu được sản phẩm có nồng độ axetandehit cao.
Bảng 1.4. Sản phẩm của quá trình theo phương pháp hydrat hóa trực tiếp
Axetandehit 99,4÷99,8%
Axit axetic 0,03

Aldehit crotonic 0,05÷0,13
Nước 0,05%
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
. Nếu hạn chế được những đặc điểm này thì
phương pháp sản xuất này sẽ mang lại hiệu quả kinh tế cao.
1.3.3. Quá trình sản xuất axetandehit bằng axetylen tiến hành trong pha khí
Năm 1916 người ta đã nghiên cứu phương pháp điều chế axetandehit 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 axetandehit là 92÷96% so với
lý thuyết và axetylen chuyển hoá được 60%.
23
Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 23 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Đồ án tốt nghiệp đại học khóa 2009-2013 Trường ĐHBRVT
Nhiệt độ quá trình phụ thuộc vào xúc tác và dao động trong khoảng 250÷400
o
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 phẩm 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.
1.3.4. Hydrat hoá gián tiếp axetylen để điều chế axetandehit
Quá trình tiến hành theo phản ứng:
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
o
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
o
C và 5 atm qua xúc tác axit phôtphoric 6% ngậm trên Silicagen. Tiến hành theo
phương pháp này ta thu được axetandehit 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.
Kết Luận: Ta thấy so sánh các phương án sản suất axetandehit từ axetylen thì
phương án hydrat hóa khí axetylen ở pha lỏng có nhiều ưu điểm, cho hiệu suất cao, chi
phí đầu tư thấp. Các quá trình khác cũng cho hiệu suất gần bằng với nó nhưng đòi hỏi
phải sử dụng nhiều thiết bị phản ứng, dẫn đến vốn đầu tư rất cao. Tuy phương án này
24
Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 24 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Đồ án tốt nghiệp đại học khóa 2009-2013 Trường ĐHBRVT
dùng xúc tác thủy ngân có nhiều độc hại, nhưng nhờ sự cải tiến của dây chuyền công
nghệ nên đã hạn chế tối đa sự rò rỉ của thủy ngân ra ngoài, do đó một lượng lớn
axetandehit vẫn còn được sản xuất theo phương pháp này ở các nước đang phát triển.
Vì vậy trong đồ án này, em chọn phương án sản xuất axetandehit từ quá trình hydrat
hóa axetylen trong pha lỏng.
CHƯƠNG II.TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG
Các số liệu ban đầu:

Năng suất: 100.000 tấn /năm.
25
Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 25 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm