giáo trình bài giảng về acrylonitrile

ACRYLONITRILE
C
H
CNH
2
C
acrylic acid nitrile, 2-propenenitrile,
cyanoethylene, vinylcyanide, AN
23
ỨNG DỤNG
 Là monomer quan trọng để tổng hợp nhựa nhiệt dẻo
- Polyacrylonitrile PAN “Creslan 61” (“acrylic fiber” = PAN
(> 85 % wt.) + vinyl acetate or methyl acrylate)
- ABS (polyacrylonitrile butadien styrene resin)
- SAN (styrene-acrylonitrile resin)
- ASA (acrylonitrile styrene acrylate)
- NBR (acrylonitrile butadiene) – cao su tổng hợp
 Tổng hợp adiponitrile NC(CH
2
)
4
CN (sản phẩm của phản
ứng dimer hóa acrylonitrile), nguyên liệu sản xuất nylon-
6,6.
 Chất diệt côn trùng
 Nguyên liệu để sản xuất acrylamide, acid acrylic.
 Sản xuất chất chống oxy hóa, chất kết dính cho thuốc
nhuộm và chất nhũ hoá.
24
25
26

TÍNH CHẤT VẬT LÝ
- Nhiệt độ sôi 77.3
o
C / 760 mm Hg
- Nhiệt độ đông đặc – 83.5
o
C / 760 mmHg
- Nhiệt độ tới hạn 246
o
C
- Áp suất tới hạn 3.49 MPa
- Chất lỏng không màu, mùi hăng, dễ cháy, dễ bay hơi
- Ít tan trong nước (11.1 g / 100g nước / 80
o
C)
- Hòa tan các dung môi hữu cơ (alcohols, ethers,
acetone, benzene, carbon tetrachloride, ethylacetate,
ethylene cyanhydrin, toluene, petroleum ether and
kerosenes)
- Tạo hỗn hợp dễ cháy với không khí
27
ACRYLONITRILE
28
TÍNH CHẤT HÓA HỌC
- Acrylonitrile là một chất trung gian linh hoạt.
- Nhóm -CN tham gia phản ứng thủy phân, hydro hóa,
ester hóa
- Nhóm C=C tham gia trùng hợp, đồng trùng hợp,
vòng hóa và halogen hóa.
H

2
C
CH
C
N
n
29
CÁC PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP
1. Từ oxide ethylene (since 1930s)
2. Từ acetylene (since 1940s)
3. Amoxidation of propylene (since 1960s)
HOCH
2
CH
2
CN CH
2
=CH-CN + H
2
O
+ HCN
CH
2
H
2
C
O
C
2
H

2
+ HCN CH
2
=CH-CN
CH
2
=CHCH
3
+ NH
3
+ 3/
2
O
2
CH
2
=CHCN + 3 H
2
O
30
CH
2
=CHCH
3
+ NH
3
+ 3/
2
O
2

CH
2
=CHCN + 3 H
2
O
H


= - 515 kJ/mol
CH
2
=CHCH
3
+ O
2
CH
2
=CH-CHO + H
2
O
CH
2
=CH-CHO + NH
3
CH
2
=CH-CH=NH + H
2
O
CH

2
=CH-CH=NH + 1/
2
O
2
CH
2
=CH-CN + H
2
O
AMOXIDATION OF PROPYLENE
31
- Các phản ứng xảy ra song song cùng phản ứng chính
- Các phản ứng phụ có thể xảy ra
CH
2
=CH-CHO + HCN NC-CH
2
-CH-CHO
CH
2
=CH-CN + HCN NC-CH
2
-CH-CN
propion-cyanhydrine
dinitrile succinate
AMOXIDATION OF PROYLENE
2 CH
2
=CHCH

3
+ 9 O
2
6 CO
2
+ 6 H
2
O
2 CH
2
=CHCH
3
+ 3 NH
3
+ 3 O
2
3 CH
3
CN + 6 H
2
O
CH
2
=CHCH
3
+ 3 NH
3
+ 3 O
2
3 HCN + 6 H

2
O
CH
2
=CHCH
3
+ 3 O
2
3 CO + 3 H
2
O
32
AMOXIDATION OF PROYLENE
33
XÚC TÁC
- Oxides of antimony Sb, uranium U (xúc tác 21)
- Co
4.5
FeNi
2.5
BiP
0.5
K
0.07
Mo
12
O
35
+ SiO
2

17.5 %wt. (xúc tác
41 / Sohio / 1972)
- Mo/Co/Fe
- Antimony Sb – Fe (xúc tác 13 / Nitto Chemical - Japan)
THIẾT BỊ PHẢN ỨNG
- Thiết bị xúc tác tầng sôi (công nghệ Sohio, Montedison /
UOP, Nitto…)
- Thiết bị xúc tác cố định (PCKU / Distillers / Boder,
Snam, Chemie-Linz…)
AMOXIDATION OF PROYLENE
Thiết bị xúc tác tầng sôi
Ưu điểm
- Kiểm soát nhiệt tốt
- Nhiệt độ môi trường phản ứng phân bố đều
34
BFW – boiler feedwater
AMOXIDATION OF PROYLENE
35
NGUYÊN LIỆU
- Độ tinh khiết cao (C
3
H
6
> 90 %wt., NH
3
> 99% wt.)
- Nguyên tắc: Amoxy hóa propylene xảy ra với lượng
dư NH
3
và O

2
- Thực tế: NH
3
/ C
3
H
6
~ 1
ĐIỀU KIỆN PHẢN ỨNG
- 400-500
o
C
- ≤ 0.3 MPa
- Tỷ lệ mol acrylonitrile / acetonitrile tăng nhanh
chóng ở > 400
o
C, đạt max ở 470-480
o
C
- Thời gian lưu 2-15 giây
AMOXIDATION OF PROYLENE
The effect of pressure on the catalyst activity for
ammoxidation of propene
Chemical reactions at ammoxidation of propene in a
fluid-bed reactor (0.2 MPa)
36
AMOXIDATION OF PROYLENE
37
CÔNG NGHỆ SOHIO
7-8 m

> 3 MPa
420-480
o
C
150-200
o
C
0.15-0.3 MPa
AMOXIDATION OF PROYLENE
38
CÔNG NGHỆ SOHIO
1. Phản ứng
• Không khí 0.15-0.3 MPa
• NH
3
150-200
o
C
• Propylene (95% wt.) 200
o
C
• Xúc tác Sohio 41
• Nhiệt độ lò phản ứng 420-480
o
C
2. Làm lạnh nhanh sản phẩm
- Làm lạnh xuống 380-400
o
C nhờ đưa qua thiết bị đun
sôi tạo hơi áp suất thấp

- Làm lạnh trực tiếp bằng nước lạnh (5
o
C) ở đỉnh tháp,
H
2
SO
4
(trung hòa NH
3
) ở giữa tháp.
AMOXIDATION OF PROYLENE
39
CÔNG NGHỆ SOHIO
3. Thu hồi sản phẩm
 Làm lạnh xuống 40-45
o
C
 Tháp hấp thụ bằng nước lạnh (5
o
C): thu hồi hỗn hợp
hữu cơ HCN, CH
3
CN, acrylonitrile, các cấu tử nặng
 Đốt cháy khí dư (1 lượng nhỏ nitrile, hydrocarbon)
 Tách acrylonitrile và acetonitrile từ dòng nước hấp
thụ bằng chưng cất dị đẳng phí (70-80 đĩa)
• Acrylonitrile, HCN,… thu được ở đỉnh tháp
• Nước lẫn CH
3
CN ở đáy tháp

- Acetonitrile trong pha nước ở đáy tháp thu hồi bằng
chưng đẳng phí (60 đĩa) (nồng độ thu được 97% wt.)
- Chất làm lạnh – nước 5
o
C.
AMOXIDATION OF PROYLENE
40
CÔNG NGHỆ SOHIO
4. Tinh chế acrylonitrile
- Tách HCN (40-50 đĩa)
- Loại bỏ tạp chất carbonyl (acetone, propionaldehyde,
acrolein, …) (50-60 đĩa)
- Tinh chế acrylonitrile (25-30 đĩa, chân không)
AMOXIDATION OF PROYLENE
CÔNG NGHỆ SOHIO
420-480
o
C
0.15-0.3 MPa
380-400
o
C
40-45
o
C
200
o
C
H
2

O
CH
2
=CH-CN, HCN, hợp chất C=O,…
H
2
O
AN+H
2
O
42
Specification of technical acrylonitrile