Đồ Án Thiết kế phân xưởng sản xuất VC.DOC

Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp
Phần I: Tổng quan lý thuyết
Chơng I
Tính chất của nguyên liệu và sản phẩm
A. Tính chất của nguyên liệu.
I. Một số tính chất chung của Axetylen.
Ta thấy ở điều kiện thờng Axetylen là một chất khí không màu, không
độc ở dạng tinh khiết, nó có mùi ete yếu và có khả năng gây mê, Axetylen ở
dạng nguyên chất có vị hơi ngọt.
1. Một số tính chất của Axetylen:
- Trọng lợng riêng: (0
0
C, P = 760mmHg) d= 1,17Kg/m
3
.
- Trọng lợng phân tử: M =26,02kg/Kmol
- Nhiệt dung riêng phân tử: Chi phí = 0,402 KJ/kg
- Nhiệt độ ngng tụ:-38,8
0
C
- Nhiệt độ tới hạn: 35,5
0
C
- áp suất tới hạn: 6,04MaP
- Nhiệt độ thăng hoa: 21,59KJ/mol
- Nhiệt hoá hơi: 15,21 KJ/mol
- Tỉ trọng: 0,686.
Ngoài ra Axetylen còn tan mạnh trong các dung môi hữu cơ, Axetylen
cũng có thể tan trong nớc. Độ chọn lọc của Axetylen trong các dung môi khác
nhau, do đó rất quan trọng trong quá trình tinh chế cũng nh trong quá trình
bảo quản Axetylen. Khí cháy Axetylen toả ra một lợng nhiệt rất lớn và khả

năng sinh nhiệt của Axetylen là 13,307 KCal/m
3
, giới hạn nổ của Axetylen
xảy ra trong cùng một điều kiện nhiệt độ và áp suất nhất định ở nhiệt độ 0
0
C
và 1 at axetylen tạo với không khí hỗn hợp nổ trong giới hạn từ 23% ữ 81%
thể tích và giới hạn nổ với oxy là 2,8% thể tích, độ nguy hiểm về nổ của
Axetylen càng tăng do sự phân rã của nó thành những chất đơn giản.
C
2
H
2
2C + H
2
Đây là phản ứng phân huỷ của để tạo thành C và H
2
sự phân rã này xảy
ra không có oxy nhng có những chất kích hoạt tơng ứng (tia lửa, do ma sát,
đốt cháy).
SV: Nguyễn Hữu Tuấn - Hoá Dầu - K8 Thiết kế phân xởng sản xuất VC
1
Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp
Có thể nói Axetylen rất dễ dàng tạo hỗn hợp nổ với Clo và Plo và nhất
là khi đới tác dụng của ánh sáng. Do vậy để giảm bớt khả năng nổ của
Axetylen, khi vận chuyển ngời ta pha thêm một lợng khí trơ hydrô, amôniac
vào.
Bên cạnh đó Axetylen còn có một tính năng quan trọng khác là khả
năng hoà tan tốt trong nhiều chất lỏng hữu cơ và vô cơ xét về độ hoà tan thì độ
hoà tan của Axetylen là tơng đối cao trong các dung môi có cực. Trong một

thể tích nớc có thể hoà tan 0,37 thể tích Axetylen.
Nhng độ hoà tan của Axetylen có thể giảm trong dung dịch muối ăn và
Ca(OH)
2
. Do vậy chúng ta có thể kết luận rằng nồng độ hoà tan của Axetylen
rất có ý nghĩa trong việc điều chế và tách ra khỏi hỗn hợp khí.
2. Tính chất hoá học.
Axetylen là một hydrô các bua không no, nó có liên kết ba trong phân
tử do đó có khả năng hoạt động hoá học cao. Liên kết ba phân tử Axetylen đợc
tạo thành do liên kết và liên kết khi tham gia phản ứng hoá học. Các liên
kết ba trong phân tử sẽ bị phá vỡ và tạo thành liên kết đôi hoặc các hợp chất
bão hoà, khi đó Axetylen có khả năng tham gia vào các phản ứng nh: phản
ứng thế, phản ứng trùng hợp, kết hợp. Vì vậy từ Axêtylen ta có thể thấy rằng
Axetylen có thể tổng hợp đợc các sản phẩm khác nhau và có thể ứng dụng vào
nhiều lĩnh vực trong công nghiệp và đời sống.
a. Phản ứng thế.
Nguyên tử H của Axetylen do thể hiện tính Axit nên nó có khả năng
tham gia các phản ứng thế với các kim loại kiềm nh: Cu, Ag, Ni, Hg, Co, Zn
tạo thành Axetylenit kim loại rất dễ nổ:
2Me + C
2
H
2
Me
2
C
2
+ H
2
(Me: Kim loại kiềm).

HC CH
Na+

NaC CNa + H
2.
HC CH
2Cu+

Cu - C C - Cu +H
2
.
Khi Axetylen tác dụng với Axit của kim loại kiềm và kiềm thổ trong
Amôniac lỏng.
HC CH + MeNH
3
MeC CH + NH
3
.
b. Phản ứng cộng hợp.
Phản ứng cộng với Hydrô đợc tiến hành trên xúc tác Pd ở áp suất 1at và
250 ữ 300
0
C.
SV: Nguyễn Hữu Tuấn - Hoá Dầu - K8 Thiết kế phân xởng sản xuất VC
2
Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp
HC CH + H
2

Pd

CH
2
=CH
2
, H = -41,7 KCal/md.
Phản ứng cộng H
2
với xúc tác Ni và nhiệt độ.
HC CH + H
2

0
Ni
f
+

CH
3
- CH
3
.
Phản ứng cộng với nớc khi đó xúc tác HgSO
4
ở 75 ữ 100
0
C tạo
Axetaldehyt.
HC CH+H
2

O
2
Ag
+

CH
3
- CHO, H = -38,8 KCal/mol
Khi Có Oxit kẽm và oxit sắt ở 360
0
C 480
0
C Axetylen tác dụng với hơi
nớc để tạo thành Axeton.
2HC CH + H
2
O
ZnO

CH
3
- CHO + CO
2
+ 2H
2
.
Trong đó Axetylen còn có thể tác dụng đợc với rợu ở điều kiện nhiệt độ
160
0
ữ 180

0
C và áp suất p = 4 ữ 20at có xúc tác của KOH để tạo thành
Vinylete.
CH = CH + ROH
KOH

CH
2
= CHO - R
Axetylen tác dụng đợc với H
2
S ở điều kiện nhiệt độ 120
0
C.
HC

CH + H
2
S

CH
2
= CH - SH

C
2
H
5
OH
Vinyl mercaptan Etylen mercaptan

h
2
c ch
2
S
+
c
2
h
2
h
5
c
2
s ch = ch
2
c
2
h
5
sh
h
5
c
2
s(c
2
h
2
)

2
c
2
h
5
+
Etylen dietyle Sulfit
Khi Axetylen tác dụng với mercaptan có xúc tác KOH tạo ra Vinylclo
ete:
HC CH + RSH CH
2
= CH - SR
Khi Axetylen tác dụng với CO và H
2
(Cacbonyl hoá) với xúc tác là
Ni(CO)
4
tạo ra axit acrylic.
HC CH + CO + H
2
O CH
2
= CH - COOH
Cộng với muối halogen tạo hợp chất có đồng phân Cis, trans
SV: Nguyễn Hữu Tuấn - Hoá Dầu - K8 Thiết kế phân xởng sản xuất VC
3
Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp
+
HC ch hgcl
2

C = C
H
Cl HCl
Cis
HgCl
H
H
Trans
Cl
H
C = C
Cộng với Hglogen
HC CH + Br
2
CHBr = CHBr
2
Br+

CHBr
2
- CHBr
2
Ta thấy khi cộng với Cl
2
trong pha khí thì phản ứng xảy ra mảnh liệt
hơn và dễ gây nổ, do đó phải tiến hành trong pha lỏng và có xúc tác antimoin
triclorua.
SbCl
3
+ Cl

2
SbCl
5
CH CH + 2SbCl
5
CHCl
2
= CHCl
2
+2SbCl
3
Ngoài ra Axetylen còn phản ứng cộng với nhiều axit vô cơ và hữu cơ để
tạo thành các vinyl có giá trị trong công nghiệp.
Phản ứng cộng với HCl, phản ứng trong pha hơi ở 150
0
ữ 180
0
C lò xúc
tác HgCl
2
than hoạt tính, còn trong pha lỏng dùng xúc tác CuCl
2
để thu đợc
VC.
HC CH + HCl CH
2
= CH - Cl
Phản ứng cộng với H
2
SO

4
để tạo thành Vinyl sunfua.
HC CH + H
2
SO
4
CH
2
= CH - O - SO
3
H
ở nhiệt độ 80
0
C có CuCl
2
và NH
4
Cl làm xúc tác Axetylen tác dụng với
HCN tạo thành ảcy lonitril:
HC CH + HCN CH
2
=CH-CN
Tác dụng với Axit Axetic ở 180 ữ 200
0
C ở pha hơi có xúc tác là Axetat
Zn trên than hoạt tính hoặc Cd trên than hoạt tính hoặc Hg trên than hoạt tính
tạo ra Vinyl Axetat.
- Axetylen tác dụng với rợu.
CH CH + C
2

H
5
OH CH = CHOCOCH
3
SV: Nguyễn Hữu Tuấn - Hoá Dầu - K8 Thiết kế phân xởng sản xuất VC
4
Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp
Axetylen tác dụng với Axit Amin.
HC CH + RCO - NH
2
RCO - NH - CH = CH
2
c. Phản ứng trùng hợp của Axetylen.
Phản ứng polime hoá trong môi trờng HCl tạo thành Vinyl axetylen
2HC CH
0
Xt,80 C

H
2
C = CH - C CH
ở nhiệt độ 600
0
C trên than hoạt tính Axetylen trùng hợp tạo thành
Benzen.
3HC CH C
6
H
6
3. Các phơng pháp điều chế Axetylen.

Trong công nghiệp Axetylen chủ yếu đợc sản xuất từ hai nguồn nguyên
liệu chính là cácbua canxi và hyđrô cácbon (ở dạng rắn, lỏng và khí). Hiện
nay ở Mỹ và các nớc Châu Âu khác sản xuất Axetylen từ hydrô cácbon, còn ở
Italia, Nhật Bản, Nam Phi, ấn Độ sản xuất Axetylen từ cacbua canxi so với
nhiều nớc trên thế giới ở Việt Nam chúng ta do điều kiện thuận lợi sẵn có cả
cácbua canxi và hydro cacbon nên rất dễ dàng cho việc sản xuất Axetylen từ
hai nguồn nguyên liệu trên.
a. Sản xuất Axetylen từ cacbuacanxi.
Phản ứng chính của quá trình:
CaO + 3C
0
600 C

CaC
2
+ CO
Nhìn chung chỉ có khoảng 70 ữ 80% Canxi cacbua tham gia phản ứng
vì vậy trong sản phẩm luôn chứa từ 12 ữ 15% CaO.
- Tác dụng với nớc và Cacbua Canxi để tạo ra Axetylen và vôi tốt:
CaC
2
+ H
2
O C
2
H
2
+ CaO
Ta thấy nhiệt toả ra khi phân huỷ cacbua Canxi kỹ là tổng nhiệt của
phản ứng tác dụng của cacbua canxi với nớc và tác dụng vôi với nớc.

CaO + H
2
O Ca(OH)
2
Khi sử dụng cácbon trong quá trình này có thể là cốc hoặc nguyên liệu
sử dụng thờng có lẫn các tạp chất nh MgO, hợp chất S, P, Al, Fe do dó sẽ
xảy ra các phản ứng phụ.
SV: Nguyễn Hữu Tuấn - Hoá Dầu - K8 Thiết kế phân xởng sản xuất VC
OH
+
o ch = ch
2
5
Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp
MgO +3C MgC
2
+ CO
Ca
3
(PO
4
)
2
+ 8C Ca
3
P
2
+ 8CO
Do trong phản ứng có lẫn nhiều tạp chất mà bản thân các tạp chất này
khó tách ra khỏi hỗn hợp phản ứng, do đó nếu muốn tách ra thì chúng ta chỉ

có thể tách một phần do việc loại xỉ. Chính vì vậy mà Axetylen tạo thành luôn
có lẫn một lợng hợp chất nh: PH
3
, NH
3
, SiH
2
, CH
4
, H
2
, CO
2
và CO Do đó
Axetylen tạo ra luôn phải qua giai đoạn làm sạch. Có thể dùng andehyt eromic
trên đất nung hoặc dùng nớc Javen để làm sạch. Sau đó Axetylen thành phẩm
đợc rửa bằng kiểm để trung hoà Axit và sấy khô bằng H
2
SO
4
hoặc CaCl
2
.
Từ CH
4
:
2CH
4

0

400 600 C
Ni
ữ

C
2
H
2
+ 3H
2
Oxi hoá metan:
4CH
4
+ O
2

0
1500 C

2C
2
H
2
+ 2CO
2
+ 4H
2
Ta thấy Axetylen sản xuất theo phơng pháp Canxi Cacbua thì chi phí
năng lợng điện tiêu tốn lớn, vốn đầu t cao nên ngày nay Axetylen chủ yếu đợc
sản xuất theo phơng pháp nhiệt phân hydrô các bon và quá trình sản xuất theo

phơng pháp nhiệt phân hydrô cácbon. Và quá trình xảy ra một giai đoạn cho
phép tổng hợp Axetylen khi sản xuất ra lại sạch hơn.
b. Sản xuất Axetylen từ Hyđrô cacbon.
Nhìn chung trớc chiến tranh thế giới thứ hai để sản xuất Axetylen ngời
ta chủ yếu dùng nguyên liệu là CaC
2
. Nhng trong thời gian gần đây tính từ
những năm 50 trở đi thì Axetylen chủ yếu đợc sản xuất từ hydrô cacbon. Với
mục đích nhằm xác định các điều kiện biến đổi của hydrô cácbon parafin
thành Axetylen và cũng trong thời gian này nhờ sự phát triển của Cracking
nhiệt và nhiệt phân hydro cacbon để sản xuất olêfin do đó các nhà nghiên cứu
đã tích luỹ đợc kinh nghiệm cả về lý thuyết lẫn thực tế để cho phép phát triển
và thiết kế các thiết bị sản xuất Axetylen: trong công nghệ này hydro cacbon
bị nhiệt phân ở nhiệt độ cao (tới 1100 ữ 1500
0
C) trong điều kiện đoạn nhiệt độ
và thời gian phản ứng rất ngắn (từ 0,005 ữ 0,02 giây). Sau đó sản phẩm đợc
nhanh chóng làm lạnh để hạ nhiệt độ xuống nhằm hạn chế các phản ứng phân
huỷ Axetylen. Quá trình phân huỷ hydro cácbon thành Axetylen bao gồm các
phản ứng thuận nghịch sau, với nguyên liệu là hydrô cacbon nhẹ nh CH
4
và
C
2
H
6
.
2CH
4

C
2
H
2
+ 3H
2
; H
0
298
= 87,97 KCal/mol
SV: Nguyễn Hữu Tuấn - Hoá Dầu - K8 Thiết kế phân xởng sản xuất VC
6
Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp
C
2
H
6


C
2
H
2
+ 2H
2
; H
0
298
= 71,7 KCal/mol

Các phản ứng này đều là phản ứng thu nhiệt và điển hình là phản ứng
tăng thể tích, cân bằng của chúng chỉ dịch chuyển về phải khi nhiệt độ khoảng
100 ữ 300
0
C (hình 1).
Hình 1: Đờng cong độ chuyển hoá cân bằng của metan và etan thành
Axetylen ở 0,1 Mpa
Tuy nhiên trong thực tế với mục đích tăng vận tốc phản ứng thì cần một
nhiệt độ lớn hơn từ 1500 ữ 1600
0
C đối với CH
4
và 1200
0
C đối với Hydrô
cacbon lỏng, khi nhiệt phân parafin, phản ứng tạo thành Axetylen có cơ chế
chuỗi gốc trong chuỗi chuyển hoá CH
4
và C
2
H
6
có thể đợc trình bày sau:
ch
4
-
ch
3
ch
2

2
2H
-2H
2*CH
2
2
ch
2
= ch
2
CH CH
h
2
h
2
ch
3
ch
3
Nhìn chung trong các khí thu đợc ngoài những parafin vào olêfin phân
tử thấp còn một lợng nhỏ benzen nhóm Axetylen - metylaxetylen (CH
3
- C -
CH
3
) Tuy chế biến Axetylen bằng phơng pháp này là khá phức tạp do xảy ra
nhiều phản ứng phụ mà chủ yếu là phân huỷ C
2
H
2

thành C và H
2
, phản ứng
này mãnh liệt nhất ở 1000
0
C và đạt tốc độ lớn ở 1200 ữ 1600
0
C nghĩa là khi
SV: Nguyễn Hữu Tuấn - Hoá Dầu - K8 Thiết kế phân xởng sản xuất VC
7
Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp
đạt nhiệt độ yêu cầu để có đợc C
2
H
2
, kết quả quan sát những hệ phản ứng liên
tiếp, trong Axetylen tạo thành bị phân huỷ thành H
2
và C (muội than).
2
3H
4 2 2 2
2CH C H 2C H +
Ngoài ra trong quá trình còn xảy ra những phản ứng không mong muốn
cũng tạo muội nh phản ứng.
CH
4
C + 2H
2
2

2H
2 4 2 4 2
2C H C H 2C 2H +
C
2
H
6
2C + 3H
2
Cũng nh nhiều trờng hợp khác, việc điều chỉnh hiệu suất sản phẩm
trung gian có thể đạt đợc nhờ sự giảm mức độ chuyển hoá hydro cacbon ban
đầu bằng cách giảm thời gian phản ứng. Do hiệu suất Axetylen cao nhất khi sự
cố hoá xảy ra với mức độ chuyển hoá hyđrô cacbon ban đầu là 150
0
C và thời
gian lu trong vùng phản ứng là 0,01 giây và để tránh sự phân rã tiếp theo của
C
2
H
2
cần phải tôi thật nhanh khi phản ứng (phun nớc). Khi đó nhiệt độ giảm
nhanh đến giá trị mà sự phân rã C
2
H
2
không xảy ra.
Cơ chế của quá trình
Quá trình nhiệt phân hyđrô cacbon khí hay phân đoạn đầu chúng ta hiểu
phần nào cơ cấu biến đổi nhiệt của Hyđrô cacbon khác nhau trong nguyên liệu
nhng chỉ điều kiện nhiệt độ cao vừa phải (từ 700 ữ 800

0
C). Trong khi đó phản
ứng tạo thành C
2
H
2
lại tiến hành ở nhiệt độ cao (trên 1000
0
C) và cơ cấu cũng
cha nghiên cứu cụ thể, vì cha có một lý thuyết thống nhất tạo thành C
2
H
2
. Khi
phân huỷ nhiệt hyđrô cacbon trong khoảng 1100 ữ 1500
0
C. Tuy nhiên những
nghiên cứu đã cho thấy giả thuyết đi đến sự thay đổi cơ cấu Cracking khi
chuyển hoá ở nhiệt độ cao là làm chậm đi các phản ứng phát triển mạnh theo
cơ cấu gốc tự do và làm tăng tốc độ của quá trình phân huỷ khỉ cấu trúc phân
tử. Các phản ứng bậc hai tạo thành các sản phẩm ngng tụ và tạo cốc xảy ra
trong khoảng 900 ữ 1000
0
C. Song ở nhiệt độ cao chúng ta lại thấy phản ứng
phân huỷ tạo thành Hyđrô, muội cácbon và Axetylen. Chẳng hạn khi nghiên
cứu sự phân huỷ của Metan trên đây thì cácbon đốt nóng đến 1500 ữ 1700
0
C
(từ đây các sản phẩm tạo ra nhanh chóng đợc tách ra khỏi môi trờng phản
ứng) ta thấy rằng sản phẩm bậc một của sự biến đổi là etan điều đó phù hợp

với cơ cấu đợc giải thích bởi cơ cấu Kasale nh sau:
SV: Nguyễn Hữu Tuấn - Hoá Dầu - K8 Thiết kế phân xởng sản xuất VC
8
Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp
Từ: CH
4
[CH
2
] + H
2
[CH
2
] + CH
4
C
2
H
6
C
2
H
6
C
2
H
4
+ H
2
C
2

H
4
C
2
H
2
+ H
2
C
2
H
2
2C + H
2
Từ đây chúng ta có thể khẳng định đợc rằng với tiềm năng dầu khí của
nớc ta mà thành phần chính của khí khi khai thác đợc hầu hết là parafin nên
hiệu suất chuyển hoá cao. Vì vậy việc khai thác và xây dựng các nhà máy
nhằm phát triển sản xuất Axetylen từ khí thiên nhiên và khí đồng hành là rất
tốt.
c. So sánh hai phơng pháp sản xuất Axetylen.
Nhìn chung hai quá trình sản xuất Axetylen từ hyđro cacbon và
cacbuacanxi là rất phù hợp. Song chúng vẫn có những u và nhợc điểm.
Đối với quá trình sản xuất Axetylen đi từ hyđro cacbua là quá trình xảy
ra theo một hớng, do đó cần vốn đầu t và năng lợng ít hơn , bên cạnh đó lại có
nguồn nguyên liệu là khá rồi dào. Tuy vậy nó vẫn có một số nhợc điểm là: sản
xuất Axetylen đi từt hyđro cacbon thì sản phẩm Axetylen thu đợc là loãng và
cần phải có một hệ thống tách và làm lạnh phức tạp.
Còn đối với quá trình sản xuất Axetylen đi từ Canxicacbua cũng có một
số u điểm là có nguồn nguyên liệu dồi dào do nớc ta có điều kiện thuận lợi về
than đá và đá vôi, sản phẩm là Axetylen thu đợc đậm đặc có độ sạch cao

(99,9%) do đó có thể dùng bất cứ cho quá trình tổng hợp nào.
Tuy vậy nó vẫn còn có một số nhợc điểm là: Chi phí năng lợng lớn
(cho việc thu đợc C
0
C
2
) và vốn đầu t cho sản xuất lớn việc vận chuyển nguyên
liệu khó khăn và điều kiện làm việc nặng nhọc.
II. Tính chất của etylen.
1. Tính chất lý học
Etylen là một chất khí không màu ở điều kiện thờng có:
Nhiệt độ sôi là : 103,8
0
C
Nhiệt độ nóng chảy : -169,2
0
C
Tỷ

trọng nhiệt độ sôi : 0,570
0
C
Nhiệt độ tới hạn : -136,1
0
C
áp suất tới hạn : 4,95 Mpa.
SV: Nguyễn Hữu Tuấn - Hoá Dầu - K8 Thiết kế phân xởng sản xuất VC
9
Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp
Thống kê các số liệu trên ta thấy etylen chỉ có thể hoá lỏng ở nhiệt độ

thấp, áp suất cao và làm lạnh ở bằng NH
3
sôi.
Giới hạn nồng độ hỗn hợp nổ với không khí là 30/32% thể tích. Bên
cạnh đó etylen có một số tính chất khác nữa là: etylen dễ hoà tan trong dung
môi có cực (axeton, fufurol) ở nhiệt độ 0
0
C thì cứ 4 thể tích nớc hoà tan
trong một thể tích etylen.
Etylen bền khi nhiệt độ dới 350
0
C, ở trên nhiệt độ này thì nó bắt đầu
phân huỷ.
2. Tính chất hoá học.
Etylen là một hyđrô các bon không no có chứa một liên kết đôi C = C
trong phân tử, trong liên kết đôi có một liên kết do sự xen phủ trục của hai
electron lai tạo và một liên kết , do sự xen phủ bềncủa hai electron p, tất cả
các nguyên tử nối với hai nguyên tử cácbon đều nằm trên một mặt phẳng với
hai cacbon đó và gốc hoá trị ở mỗi cácbon mang nối đôi bằng 120
0
. Hai trục
của electron p song song nhau tạo thành mặt phẳng thẳng góc với mặt
phẳng.
Thực chất liên kết tạo thành là do obitan liên kết có mật độ electron
bao phủ cả phía trên lẫn dới hai nguyên tử các bon mang nối đôi khi liên kết
đôi có độ dài liên kết bằng 1,34 A
0
ngắn hơn so với liên kết đơn (1,54A
0
).

Năng lợng liên kết đôi C = C bằng 145,8 KCal/mol trong khi đó liên kết đơn
chỉ bằng 82,6 KCal/mol, ở đây ta thấy rằng năng lợng liên kết lớn hơn năng
lợng của liên kết và bằng 145,8 - 82,6 = 63,2 KCal/mol. Nh vậy năng lợng
liên kết lớn hơn năng lợng liên kết và độ chênh lệch vào khaỏng
20KCal/mol điều này giải thích tính chất kém bền của liên kết và khả năng
phản ứng cao của liên kết đôi. Các phản ứng quan trọng nhất của Etylen là
phản ứng cộng, phản ứng oxi hoá và phản ứng trùng hợp.
a. Phản ứng cộng.
Đặc trng của etylen là phản ứng cộng và liên kết đôi, ở đây liên kết đôi
thực chất là liên kết lại bị bẻ gẫy và kết hợp với hai nguyên tử hoặc hai
nhóm nguyên tử mới tạo ra hợp chất no.
- Với H
2
:
CH
2
= CH
2
+ H
2
CH
3
- CH
3
+ 32,8 Kcal/mol.
đây có thể coi là phản ứng toả nhiệt.
SV: Nguyễn Hữu Tuấn - Hoá Dầu - K8 Thiết kế phân xởng sản xuất VC
10
Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp
- Với Halogen: Khi cộng vào nối đôi etylen rất dễ dàng tạo ra dẫn xuất

đi halogen, có hai halogen dính ở nguyên tử Cacbon cạnh nhau.
CH
2
= CH
2
+ Cl
2
CH
2
Cl - CH
2
Cl (1,2 dicloetan).
- Với halogenua: (HX) khi cộng liên kết đôi của etylen cho dẫn xuất
mônô halogen, phản ứng xảy ra khá dễ dàng đối với hydro iotdua và khó nhất
đối với hydrô Clorua.
CH
2
= CH
2
+ HI CH
3
- CH
2
- I (Etyl Iotdua).
- Tác dụng với dung dịch nớc Clo hoặc Br cho sản phẩm là các halogen
Hydrin. Trong trờng hợp có tác nhân hoạt động là axit Hypoclorơ
CH
2
= CH
2

+ HOCl HOCH
2
- CH
2
Cl (etylen Clohydrin).
- Với nớc:
CH
2
= CH
2
+ H
2
SO
4
CH
3
- CH
2
- OSO
3
H (Etyl Sunfat axit).
b. Phản ứng oxi hoá.
Oxi hoá đến etylen axetan dehit trong dung dịch HCl pha lỏng chứa
Clorua Pd và đồng. Thuỷ phân phức chất này cho axetandehit và kim loại Pd.

[ ]
2
H O
2 2 2 2 4 2 3 2
CH CH PdCl C H PdCl CH CH Pd 2H 2Cl

+
= + = + +
c. Phản ứng trùng hợp.
Quá trình trùng hợp toả nhiều nhiệt khoảng 800 KCal/Kg (trùng hợp ở
thể khí): nCH
2
= CH
2
[-CH
2
- CH
2
- ]
n
(Polyetylen).
3. Điều chế Etylen.
Trong phòng thí nghiệm Etylen thờng điều chế từ Rợu etylic bằng cách
dùng H
2
SO
4
đặc cho bay hơi đi qua -Al
2
O
3
ở nhiệt độ cao.
Tách nớc từ rợu khi tác dụng với H
2
SO
4

đậm đặc với etanol ở
160ữ170
0
C ta đợc etylen.
C
2
H
5
OH

0
2 4
H SO 170 C

C
2
H
4
+ H
2
O
0
2 4
H SO 600 C
2 5 2 4 2
C H OH C H H O +
Trong công nghiệp ngời ta điều chế etylen từ khí than cốc và đặc biệt là
Cracking dầu mỏ.
SV: Nguyễn Hữu Tuấn - Hoá Dầu - K8 Thiết kế phân xởng sản xuất VC
11

Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp
Cũng có thể điều chế etylen bằng cách hydrô hoá khí Axetylen có xúc
tác:
CH CH + H
2

Xt

CH
2
= CH
2
.
III. Tính chất của Axit HCl.
Tính chất của HCl là một chất khí không màu, có mùi hắc và gây kích
thích niêm mạc, rất độc. HCl tan mạnh trong nớc, nó ở dạng khan và không có
khả năng ăn mòn kim loại, là một khí bền nhiệt. Chỉ bị phân huỷ nhẹ nếu
nhiệt độ trên 15
0
C.
HCl dạng nguyên chất không có màu, có tỷ trọng d = 1,35 g/m
3
, có
phân tử lợng bằng 36,5 là một axit điển hình, đứng trớc H
2
trong dãy điện hoà,
HCl là một axit mạnh dung dịch có nồng độ lớn khoảng 35%. HCl mang đầy
đủ các tính chất của một axit mạnh nh:
- Tác dụng với kiềm:
HCl + NaOH NaCl + H

2
O
- Tác dụng với muối:
2HCl + CaCO
3
CaCl
2
+ H
2
O + CO
2
- Tác dụng với kim loại:
2HCl + Mg MgCl
2
+ H
2
- Tác dụng với Axetylen:
HCl + CH CH CH
2
= CH
2
.
* Các phơng pháp sản xuất HCl phổ biến trên thế giới sản xuất H
2
SO
4
và NaOH.
NaCl + H
2
SO

4
NáHO
4
+ HCl
2NaCl + H
2
SO
4
Na
2
SO
4
+ 2HCl
Phơng pháp Hargreaver.
S + O
2
SO
2
2NaCl + 2SO
2
+ O
2
+ 2H
2
O 2Na
2
SO
4
+ 4HCl
SV: Nguyễn Hữu Tuấn - Hoá Dầu - K8 Thiết kế phân xởng sản xuất VC

12
Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp
Phản ứng tổng hợp H
2
và Cl
2
.
H
2
+ Cl
2
2HCl
Phơng pháp thu HCl nh một sản phẩm phụ của quá trình Clo các hợp
chất hữu cơ.
B. Tính chất của sản phẩm V-C.
I. Tính chất lý học
Vinyl Clorua (VC) là một chất khí không màu, có mùi ete nhẹ (ở áp
suất thờng) có công thức phân tử là C
2
H
3
Cl.
Nó có một số tính chất sau:
Trọng lợng riêng : 0,969 g/cm
3
.
Trọng lợng phân tử : M= 62,5 Kg/mol
Nhiệt độ đóng rắn : -153,7
0
C.

Nhiệt độ ngng tụ : -13,9
0
C rất khó hóa lỏng
Nhiệt độ tới hạn : 142
0
C
Nhiệt độ bốc cháy : 415 KCal/kg
Nhiệt độ nóng chảy : 18,4 KCal/kg
Nhiệt độ bốc hơi ở 25
0
C: 78,5 KCal/kg
Nhiệt tạo thành : -83 8 KCal/Kg
Nhiệt trùng hợp : -366 5 KCal/kg
Nhiệt dung riêng của VC lỏng ở 25
0
C: 0,83 KCal/kg độ.
Nhiệt dung riêng của VC hơi ở 25
0
C: Chi phí = 0,207 KCal/kg độ
Hệ số khúc xạ của VC lỏng: N
0
= 1,83
Tỷ trọng: Công thức thực nghiệm tính tỷ trọng của VC lỏng đợc xác
định nh sau:
d = 0,9471 - 0,176 . 10
2
. t - 0,324 .10
5
. t
2

Trong đó: d: Là tỉ trọng của VC lỏng, g/cm
2
t: nhiệt độ của VC lỏng, 0
0
C.
Ta có bảng sau:
Bảng 1: Tỷ trọng của VC phụ thuộc vào nhiệt độ.
Nhiệt độ (
0
C) -15 25
Tỷ trọng 0,9730 0,9014
SV: Nguyễn Hữu Tuấn - Hoá Dầu - K8 Thiết kế phân xởng sản xuất VC
13
Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp
áp suất hơi: Ta có công thức thực nghiệm tính áp suất hơi của VC
EgP = 0,8420 -
1130,9
T
= 1,75LgT - 0,002415.T
Trong đó: P: áp suất hơi của VC (at)
T: nhiệt độ hơi của VC (
0
C)
Bảng 2: áp suất hơi của VC.
Nhiệt độ (
0
C) -87,50 -55,8 -13,37 62,2 46,8
áp suất (mmHg) 10 100 760 2258 5434
- So với Axetylen, etylen hay HCl thì độ tan trong nớc ở 1 Axetaldehit
là 0,5 trọng lợng.

- Giới hạn nồng độ nổ của hỗn hợp với không khí là từ 3,62 ữ 26,6% thể
tích.
- Tính độc củaVC: VC độ hơn so với Clorua etyl và ít độ hơn Clofooc
và tetra Clorua Cacbon, VC có khả năng gây mê qua các bộ phận hô hấp của
con ngời và cơ thể động vật. Khi tiếp xúc với VC thì chỉ trong 3 phút chúng ta
có thể bị choáng váng. Nếu tiếp xúc với thời gian lâu hơn thì có thể bị gục
ngã. Nếu hàm lợng VC trong không khí là 0,5% thì con ngời có thể làm việc
trong vài giờ mà không có tác dụng sinh lý nào.
II. Tính chất hoá học.
- VC có công thức hoá học: CH
2
= CHCl
- Công thức cầu tạo của VC:

H
H = C
ClH
H
Do có liên kết đôi và nguyên tử Clo linh động (Clo có độ âm điện lớn)
nên các phản ứng hoá học của VC là phản ứng của liên kết đôi và phản ứng
của nguyên tử Clo linh động.
VC là một chất không tan trong nớc nhng nó có khả năng tan trong các
dung môi hữu cơ nh Axetôn, Rợu etylic, hydro cacbon thơm và hydro cacbon
mạch thẳng.
Nhìn chung trong phân tử VC có một liên kết nối đôi và một nguyên tử
Clo linh động, do đó phản ứng hoá học chủ yếu là những phản ứng kết hợp
hoặc phản ứng của nguyên tử Clo trong phân tử VC.
Dới đây là những phản ứng và VC có khả năng tham gia.
SV: Nguyễn Hữu Tuấn - Hoá Dầu - K8 Thiết kế phân xởng sản xuất VC
14

Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp
1. Phản ứng nối đôi.
a. Xét phản ứng cộng hợp.
VC cho tác dụng với halogen cho ta 1,2 dicloetan trong điều kiện môi
trờng khô ở 140 ữ 150
0
C hoặc

80
0
C và có chiếu sáng xúc tác là SbCl
3
. Do đó
khi có xúc tác của AlCl
3
thì VC phản ứng với HCl.
CH
2
= CHCl + HCl Cl - CH
3
Cl
Với H
2
:
CH
2
= CHCl + H
2
CH
3

- CH
2
Cl
Khi xảy ra phản ứng oxi hoá của VC ở nhiệt độ từ 50 ữ 150
0
C thì sự có
mặt của HCl sẽ dễ dàng tạo ra mônoaxetandehit.
CH
2
= CHCl +
1
2
O
2
Cl - CH
2
- CHO
Do phân tử có chứa nối đôi nên VC có thể tham gia vào phản ứng trùng
hợp tạo PVC, đây là một sản phẩm quan trọng.
2CH
2
= CHCl [- CH
2
- CH - ]
n

Cl

2. Phản ứng của phân tử Clo.
Ta xét phản ứng thủy phân.

Khi đun nóng với kiềm HCl bị tách ra khỏi VC cho ta axetylen.
NaOH
2 2
CH CHCl CH CH NaCl H O
+
= + +
Khi cho tác dụng với acolat hay fenolat cho ta este VC.
CH
2
= CHCl + RONa CH
2
= CHOR + NaCl
Để tạo đợc hợp chất cơ kim:
CH
2
= CHCl + Mg CH
2
= CH - Mg - chất lợng
Từ đây ta có thể khẳng định đợc rằng nếu trong điều kiện không có
không khí ở 450
0
C thì VC có thể bị phân huỷ và tạo thành Axetylen và HCl,
cũng từ đó do quá trình phản ứng izome hoá Axetylen lại tiếp tục phản ứng và
tạo ra một lợng nhỏ 2 - chất lợng - 1,3 - butadien, còn trong điều kiện có
không khí thì VC sẽ bị oxi hoá - hoàn toàn và tạo thành CO
2
và HCl.
* Bảo quản VC.
Trớc đây do công nghệ và kỹ thuật sản xuất còn hạn chế nên khi sản
xuất ra VC muốn bảo quản đợc lâu và đảm bảo an toàn cho công tác vận

SV: Nguyễn Hữu Tuấn - Hoá Dầu - K8 Thiết kế phân xởng sản xuất VC
15
Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp
chuyển ngời ta thờng phải cho một lợng nhỏ Phenol để ức chế quá trình phản
ứng Polime hoá.
Ngày nay với các phơng pháp và công nghệ sản xuất hiện đại, con ngời
đã sản xuất ra đợc loại VC với độ tinh khiết cao mà không cần chất ức chế
trong bảo quản đồng thời do đợc làm sạch với nớc nên VC không có khả năng
gây ăn mòn và có thể bảo quản đợc trong các thùng thép cácbon thờng.
SV: Nguyễn Hữu Tuấn - Hoá Dầu - K8 Thiết kế phân xởng sản xuất VC
16
Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp
Chơng II: Các phơng pháp sản xuất vinyl
clorua
Thờng thì vào những năm 1830 của thế kỷ trớc do công nghệ và kỹ
thuật còn kém nên VC chỉ đợc sản xuất dựa trên phản ứng dehydro hoá 1,2
diCloetan, song mãi đến 1902 nhờ nhận đợc phản ứng Cracking nhiệt 1,2
diCloetan. Nhng tất cả đều không mấy khả quan, do đó buộc các nhà khoa học
phải có nhiều công trình nghiên cứu và đa ra nhiều phơng pháp có tính tối u
hơn, và sau nhiều năm nghiên cứu họ đã đa ra đợc các phơng pháp có tính khả
quan sau:
Nhiệt phân diCloetan - 1,2
Sản xuất từ etylen
Phơng pháp liên hợp
Clo hoá etan
Hydrô hoá Axetylen
I. Sản xuất VC đi từ 1,2 diCloetan.
Với công nghệ của quá trình sản xuất VC đi từ 1,2 diCloetan có thể sử
dụng theo hai phơng pháp sau:
Kiềm hoá đềhydrô hoá trong pha lỏng.

Nhiệt phân trong pha hơi.
Phản ứng chính:
Cl - CH
2
- CH
2
- Cl CH
2
= CH - Cl + HCl: H
298
= 100,2 KJ/mol
1. Quá trình trong pha lỏng.
So với nhiều quá trình khác thì quá trình điều chế VC thì phản ứng đợc
thực hiện trong thiết bị hình trụ kiểu đồng trục, với thiết bị có vỏ bọc ngoài và
có cánh khuấy. Để tiến hành phản ứng đầu tiên ta có dung dịch NaOH tiếp sau
đó là rợu và cuối cùng là diCloetan (Cho từ từ), từ đây VC đợc tạo thành theo
phản ứng sau:
Cl - CH
2
- CH
2
- Cl + 2NaOH CH
2
= CH - Cl + NaCl + H
2
O
Đúng theo tỉ lệ thì cứ 1 lít diCloetan thì cần 1,1 lítdung dịch kiềm (42%
NaOH) và 0,26 lít rợu metylic, nhng do rợu etylic hoà tan trong diCloetan và
nhiều nên phản ứng phải tiến hành trong môi trờng đồng thể có nghĩa là nhiệt
độ phản ứng phải đạt 60 ữ 70

0
C thời gian từ 4 ữ 5 giờ, áp suất trong thiết bị là
SV: Nguyễn Hữu Tuấn - Hoá Dầu - K8 Thiết kế phân xởng sản xuất VC
17
Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp
0,2 ữ 0,4 axetan dehit. Cần lu ý trong quá trình xảy ra phản ứng không nên
cho d kiềm vì dễ bị phân huỷ và tạo thành Axetylen.
Cl - CH
2
- CH
2
- Cl + 2NaOH CH CH + 2NaCl + 2H
2
O
Trong quá trình phản ứng nếu có d nớc diCloetan để dễ bị thủy phân
trong môi trờng kiềm và tạo thành etylen glycol.
Khi sản phẩm tạo thành gồm có VC, diCloetan, rợu, nớc thì ta tiến hành
ngng tụ để tách riêng. Và hiệu suất của VC đợc tính theo dicloetan là 75 ữ
85%.
Nói chung quá trình làm việc trong pha lỏng là một quá trình khá hiệu
quả trong nó vẫn còn có một số nhợc điểm đó là quá trình làm việc gián đoạn.
Đòi hỏi nhiều thiết bị
Khó tự động hoá
Hao tốn nhiều nguyên liệu để tách riêng.
Cứ 1 tấn VC thì phải cần có 0,82 tấn kiềm rắn và 92 g rợu.
Do vậy để có biện pháp khắc phục nhợc điểm này ta cần tiến hành nhiệt
phân không xúc tác hoặc có xúc tác diclo etan trong pha khí.
2. Quá trình trong pha hơi.
Để tiến hành quá trình sản xuất VC trong pha hơi trớc tiên ta tiến hành
thổi diCloetan qua than hoạt tính ở nhiệt độ 480 ữ 520

0
C. Khi đó than hoạt
tính sẽ nằm trong ống có đờng kính là 50mm và chiều cao 6m, ở đây các sản
phẩm khí gồm 37,5% VC, 40,8% HCl, 20,5% diCloetan không phản ứng hết
và 1,2% là sản phẩm phụ. Lúc này hỗn hợp sản phẩm đợc đem đi làm lạnh ở
0
0
C trong thiết bị ống chùm để đi Cloetan ngng tụ. Giai đoạn tiếp theo ta dòng
nớc rửa để tách các sản phẩm phụ. Sau đó tat sẽ dùng kiềm trung hoà và dùng
H
2
SO
4
để sấy. Ta tiến hành làm lạnh khí đến -15
0=C và
tiến hành tinh luyện.
Trong quá trình tinh luyện do phản ứng phải tiến hành ở nhiệt độ cao
nên rất có thể xảy ra các phản ứng phụ tạo thành etylen và Clo.
Cl - CH
2
- CH
2
- Cl CH
2
= CH
2
+ Cl
2
Do lợng VC thu đợc ít nên để hạ thấp nhiệt độ phản ứng ngời ta dùng
các xúc tác có khả năng tách Clo với một lợng 0,5 ữ 1% và ở nhiệt độ 370

0
C,
lúc này hiệu suất của VC đạt 70%. Với điều kiện và thời gian nh vậy nếu để
tiến hành ở 400
0
C không

có xúc tác thì hiệu suất VC chỉ đạt 2% . Từ đó để
SV: Nguyễn Hữu Tuấn - Hoá Dầu - K8 Thiết kế phân xởng sản xuất VC
18
Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp
tránh các phản ứng tiến hành ở nhiệt độ cao và nhằm đạt hiệu suất của VC cao
hơn ngời ta thờng dùng xúc tác cho phản ứng là clo và oxi.
Từ:
Cl
2
2Cl
2 2 2
2 2
2
Cl ClCH CH Cl ClCH C HCl HCl
ClCH C HCl CH CHCl Cl
Cl Cl Cl
+ +
= +
+
g g
g g
g g
Quá trình phản ứng xảy ra và và hiệu suất của phơng pháp đạt 85%, và

có thể khẳng dịnh đợc rằng phơng pháp này có nhiều u điểm hơn so với phơng
pháp dùng dung dịch kiềm rợu trong pha lỏng, tuy nhiên nó vẫn không đợc
dùng rộng rãi trong công nghiệp về quá trình tách và làm sạch các chất nằm
trong khí sản phẩm thu đợc gây ảnh hởng xấu cho quá trình trùng hợp VC để
tạo PVC.
* Thuyết minh dây sản xuất (hình 1).
Nguyên liệu là diClo etan đợc đa vào trong thiết bị bay hơi (1) ở phần
trên của lò ống, trong lúc này pha hơi tiếp tục đa vào ở vùng nhiệt phân. Sau
khi nhiệt phân hỗn hợp ở trong thiết bị bay hơi đợc đa sang thiết bị trao đổi
nhiệt (2) rồi làm lạnh ở (3). Sau đó hỗn hợp tiếp tục đợc đa sang tháp chng cất
(4) để tách axit HCl. Các quá trình diễn ra liên tục và VC đợc chng cất và lấy
ra ở đỉnh tháp (8). Và để loại bỏ HCl và DCE, VC tiếp tục đợc đa qua tháp rửa
kiềm.
DCE sau khi đợc tách cho qua làm sạch rồi tuần hoàn trở .
II. Công nghệ tổng hợp vinyl clorua từ etylen.
Có thể nói rằng với sự phát triển của nền công nghiệp dầu mỏ. Hiện nay
để đáp ứng nhu cầu đa dạng và ngày càng tăng của nền kinh tế phát triển trên
thế giới đã sản xuất ra rất nhiều phơng pháp khác nhau trong đó phơng pháp
sản xuất VC đi từ etylen là phơng pháp mới có nhiều u điểm nhất đối với
những nớc có lợng dầu mỏ lớn đang đợc khai thác.
1. Cơ chế phản ứng của phơng pháp.
Phơng pháp cân bằng theo Clo để sản xuất VC đi từ etylen làm một ph-
ơng pháp quan trọng trong các quá trình Clo oxi hoá. Nó là sự kết hợp của 3
quá trình.
Quá trình cộng hợp trực tiếp Clo và etylen tạo thành 1,2 diCloetan.
SV: Nguyễn Hữu Tuấn - Hoá Dầu - K8 Thiết kế phân xởng sản xuất VC
19
Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp
Quá trình Dehydrô Clo hoá nhiệt 1,2 - diCloetan thành Vinyl
Clorua.

Quá trình Clo oxi hoá etylen thành 1,2 - diCloetan với sự tham gia
của HCl tạo ra khi dehydro Clo hoá.
CH
2
= CH
2
+ Cl
2
ClCH
2
= CH
2
Cl
2ClCH
2
- CH
2
Cl 2CH
2
= CHCl + 2HCl
CH
2
= CH
2
+ 2HCl + 0,5 O
2
ClCH
2
- Ch
2

Cl + H
2
O
2CH
2
= CH
2
+ Cl
2
+ 0,5O
2
2CH
2
= CHCl + H
2
O
Theo kết quả từ etylen, Clo và Oxi sẽ nhận đợc VC. Trong đó clo đợc sử
dụng hoàn toàn và không tạo thành HCl. ở phơng pháp này không cần sử
dụng Axetylen đắt tiền, do vậy đây là phơng pháp kinh tế nhất để tổng hợp
VC. Giá thành mônome nhận đợc giảm từ 25 ữ 30% so với phơng pháp hidrô
Clo hoá Axetylen.
Các phản ứng clo hoá và oxi Clo hoá etylen là hai phản ứng phát nhiệt
nên ngời ta thờng kết hợp nó với phản ứng thu nhiệt là phản ứng dehydro clo
hoá 1,2 dicloetan. Và để đảm bảo năng suất tạo thành VC từ quá trình tổng
hợp trực tiếp VC từ etyloen ta phải tiến hành với một lợng d etylen ở mức thấp
và nhiệt độ của quá trình tổng hợp không đợc quá cao mà chỉ đợc giới hạn
trong khoảng từ 300 ữ 600
0
C và hiệu suất VC cao nhất ở khoảng 350ữ450
0

C.
Với các quá trình này. Xúc tác thờng đợc sử dụng là xúc tác muối kim loại
chuyển tiếp. Do vậy khi tiến hành ở nhiệt độ cao sẽ khử mất hoạt tính của xúc
tác và bản thân etylen sẽ bị oxi hoá sâu tạo nên CO và CO
2
làm giảm năng
suất của quá trình.
Còn đối với những phần nguyên liệu d, etylen sẽ đợc đa sang thiết bị
oxiclohoá ở nhiệt độ cao và biến đổi thành 1,2 dicloetan và trở về phản ứng.
Do quá trình tiến hành tổng hợp VC từ etylen là rất khó kiểm soát và khốgn
chế, do đó trong quá trình tiến hành ngời ta thờng tách trung gian 1,2
dicloetan tạo ra và đa trở lại phản ứng.
ở đây quá trình diễn ra khá phức tạp nếu ta không tiến hành tách trung
gian thì phản ứng cộng etylen, VC, Clo và hydroClo xảy ra với mức độ thấp h-
on nhiều so với phản ứng khử ở nhiệt độ cao để tạo ra các sản phẩm di - tri -
tetra Cloetan.
SV: Nguyễn Hữu Tuấn - Hoá Dầu - K8 Thiết kế phân xởng sản xuất VC
20
Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp
2. Thuyết minh dây chuyền công nghệ sản xuất VC đi từ etylen .
ở trong thiết bị (1) etylen và Clo phản ứng với nhau trong pha lỏng tạo
DCE. Trong quá trình này nhiệt toả ra từ phản ứng sau đó đợc thu hồi dùng
cho quá trình chng cất (3) thu DCE và dùng để phân huỷ DCE thu hồi sau khi
làm sạch sản phẩm VC. DCE tinh khiết đợc chuyển sang thiết bị Cracking (4)
và tạo VC và HCl. Lúc này sản phẩm đi ra từ (4) đợc làm lạnh rồi cho qua
thiết bị chng luyện (6) (7) tách VC và HCl. HCl sau khi thu đợc từ đỉnh tháp
(6) sau đó cho đi vào thiết bị oxi háo (2), những DCE cha bị nhiệt phân sẽ đợc
tách ra ở (7) và tuần hoàn lại ở thiết bị (3), từ đẫyn VC tu đợc từ (7) sẽ cho
tuần hoàn lại thiết bị (3), còn VC thu đợc từ (7) cũng cho tuần hoàn lại (3),
sản phẩm VC thu đợc từ (7) đều rất là tinh khiết (nồng độ 99,9%).

Trong thiết bị oxi clo hoá, HCl đợc tuần hoàn và kết hợp với etylen và
oxi trong thiết bị tầng sôi tạo 1,2 dicloetan và nớc sinh ra do phản ứng từ đây
chúng đợc dùng cho chng cất VC và DCE. Sau khi làm sạch sản phẩm trong
thiết bị (8) thì ta loại bỏ nớc. Sau đó DCE đợc cho qua thiết bị (10) làm khô và
tách khí rồi cho qua thiết bị (3) chng cất và làm sạch. Lúc này tách khí rồi cho
qua thiết bị (10) đa vào (11) để thu hồi Clo. Tại thiết bị Clo hoá 912) ta
chuyển C
2
H
2
trong HCl từ (6) thành etylen nhằm nâng cao độ sạch của sản
phẩm và hiệu suất của quá trình.
III. Phơng pháp liên hợp sản xuất VC.
Thông thờng thì ngoài các phơng pháp sản xuất VC đi từ dicloetan và
HCl hoá Axetylen, ngời ta còn dùng phơng pháp liên hợp để sản xuất VC.
Điển hình là phơng pháp oxi clo hoá etylen thành dicloetan và nhiệt phân
dicloetan.
2HCl +
1
2
O
2
H
2
O + Cl
2
CH
2
= CH
2

2
Cl HCl
2 2 2
ClCH CH Cl CH CHCl
+
=
Quá trình nhiệt phân dicloetan tinh khiết 99,9% đợc tiến hành ở nhiệt
độ là 300 ữ 1000
0
C và có khoảng 63% xúc tác là than hoạt tính, hay là bọt thì
hàm lợng VC tạo thành là 90%.
Để Clo hoá etylen, trớc tiên ta tiến hành khử HCl của dicloetan và dùng
HCl để hydro Clo hoá Axetylen.
CH
2
= CH
2
+ Cl
2
ClCH
2
- CH
2
Cl
ClCH
2
- CH
2
Cl CH

2
= CHCl + HCl
SV: Nguyễn Hữu Tuấn - Hoá Dầu - K8 Thiết kế phân xởng sản xuất VC
21
Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp
CH CH + HCl CH
2
= CHCl + HCl.
CH
2
= CH
2
+ CH CH + Cl
2
2CH
2
= CHCl
Thông thờng các phơng pháp này đều sử dụng những nguyên liệu dễ
kiếm nh Axetylen hay etylen, trong quá trình điều chế VC bằng phơng pháp
liên hợp từ Axetylen và etylen có thể thu đợc bằng phơng pháp riêng biẹt (Ví
dụ: Axetylen ta thu đợc từ khí tự nhiên còn etylen ta thu đợc từ dầu hoả), hay
ta thu đợc từ quá trình chng hoặc cracking dầu mỏ để có hỗn hợp khí Axetylen
và etylen từ đó ta có thể hấp thu và tách riêng chúng ra.
Từ lâu các phơng pháp này đã đợc ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp,
và từ những năm 1962 ở Mỹ quá trình tổng hợp VC đã đợc phân chia một cách
chính xác và cẩn thận nh sau: chỉ đợc phép sử dụng 41% Axetylen và 28%
etylen, ở Nhật từ dicloetan bằng phơng pháp liên hợp năm 1964 ngời ta đã
tổng hợp đợc 15% VC và đến 1965 là 25% VC.
IV. Phơng pháp clo hoá etan.
Hiện nay ở nớc ta nền công nghiệp khai thác dầu mỏ đang trên đà phát

triển. Do đó việc tận dụng các sản phẩm dầu mỏ để đa vào sản xuất một số
nguyên liẹu và rất có lợi thế điển hình là phơng pháp clo hoá etan, với nguồn
nguyên liệu etan rẻ tiền và khá phong phú nên đã góp phần làm giảm giá của
sản phẩm VC.l Do vậy việc chuyển hoá etan thành VC đợc thực hiện theo các
phơng pháp sau:
1. Clo hoá nhiệt độ cao:
C
2
H
6
+ 2Cl
2
C
2
H
3
Cl + 3HCl
2. Oxi hidrô hoá ở nhiệt độ cao.
C
2
H
6
+ HCl + O
2
2C
2
H
3
Cl + 3H
2

O
3. Oxi clo hoá.
2C
2
H
6
+ Cl
2
+ 3/2O
2
2C
2
H
3
Cl + 3H
2
O
Với các xúc tác phù hợp để lựa chọn điềukiệnpu tối u, đòi hỏi độ
chuểyn hoá theo phơng pháp 2 có thể đạt 96% nhng hiệu suất thu VC lại thấp
20 % 50%. Các sản phẩm chủ yếu gồm etylen, Cloruaetan và CO.
Cũng có thể tiến hành Clo hoá hỗn hợp etan - etylen nhằm tránh tạo
thành hỗn hợp nổ và giảm sự tạo thành các sản phẩm phụ. Tuy đây là phơng
pháp có nhiều u điểm về nguyên liệu nh nguồn nguyên liệu rẻ và sẵn có song
SV: Nguyễn Hữu Tuấn - Hoá Dầu - K8 Thiết kế phân xởng sản xuất VC
22
Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp
vì quá trình cho hiệu suất VC thấp nên hiện nay vấn đề này vẫn nằm trong
phạm vi nghiên cứu và cha đợc áp dụng trong công nghiệp.
V. Sản xuất vynylclorua từ Axetylen
Quá trình sản xuất VC đi từ Axetylen là phơng pháp khá phổ biến trong

công nghiệp, nhất là đối với những nớc mà có nền công nghiệp cha phát triển.
Còn đối với nớc ta do nền công nghiệp dầu mỏ cha phát triển mạnh nh các nớc
khác, do vậy để sản xuất VC đi từ Axetylen đang còn khó khăn và hạn hẹp,
song ngợc lại nớc ta lại có lợi thế, điều kiện và tiềm năng về than và đá vôi
nên rất thuận tiện cho việc sản xuất Axetylen.
* Cơ sở của quá trình sản xuất VC đi từ Axetylen.
CH = CH + HCl CH
2
= CHCl.
ở áp suất thờng do không có xúc tác, nên phản ứng không đợc tiến
hành do vậy đòi hỏi ta phải tiến hành ở áp suất cao hơn, nhng do ở áp suất cao
các sản phẩm phụ tạo ra nhiều (1,1 dicloetan và VC bị trùng hợp) mà những
sản phẩm phụ này đều không có lợi cho việc thu sản phẩm cũng nh bảo quản
thiết bị. Do đó trong quá trình sản xuất đòi hỏi ta phải có những phơng pháp
mới, đó là phơng pháp xúc tác.
Sản xuất VC đi từ Axetylen có thể đợc tiến hành ở pha lỏng hỏng pha
khí.
* Cơ chế của quá trình sản xuất VC đi từ Axetylen.
Xét phản ứng cộng HCl và hyđrô nhằm Axetylen đặc trng cho liên kết
nối sau:
CH CH
HCl
2
CH CHCl
+

; -H = 112,4 (KJ/mol).
Nhiệt độ toả nhiệt của nó vợt trội hơn 3 lần so với phản ứng hyđrô Clo
hoá olêfin, nó có chiều ngợc lại chút ít, song khi giảm nhiệt độ, cân bằng hoàn
toàn dịch chuyển về phía phải. Ta có hằng số cân bằng khi tạo VC.

0
0
4
cb ở 200 C
2
cbở 300 C
K 8.10
K 7.10
=
=
Do quá trình cộng HCl vào Axetylen xảy ra liên tiếp tạo VC và 1,1
dicloetan.
HCl HCl
2 3 3
CH CH CH CHCl CH CHCl
+ +
=
Quá trình hyđrô hoá Axetylen đợc thực hiện khi có xúc tác chọn lọc, nó
có khả năng làm tăng vận tốc giai đoạn cộng đầu tiên. Do vậy xúc tác cho quá
trình này là muối Hg
2+
và Cu
2+
ở xúc tác muối Hg
2+
ngời ta dùng clorua thủy
SV: Nguyễn Hữu Tuấn - Hoá Dầu - K8 Thiết kế phân xởng sản xuất VC
23
Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp
ngân (HgCl

2
) ngoài phản ứng cơ bản nó còn tăng tốc độ phản ứng Hyđrát hoá
Axetylen tạo thành Axetylendehyt. Do nguyên nhân này nên ngời ta thờng
dùn nó cho quá trình pha khí ở 150 ữ 200
0
C. Khi dùng những chất khó hơn.
Còn đối với pha lỏng thờng thì dùng muối Cu
2+
vì nó không bị mất hoạt
tính và tăng mức độ của phản ứng cộng nớc của Axetylen. Khi xúc tác là dung
dịch CuCl
2
trong HCl có chứa muối Clorua amon. Khi có CuCl
2
quá trình phụ
dime hoá Axetylen càng tăng và tạo thành vinyl Axetylen.
Nguyên nhân xúc tác của muối thuỷ ngân và đồng vào phản ứng hydrô
hoá đợc giải thích bằng sự tạo thành phản ứng phối hợp trong đó Axetylen bộ
kích hoạt và tác dụng với anion clo và hợp chất trung gian thu đợc trạng thái
chuyển đổi với liên kết các bon hoặc những hợp chất hữu cơ chống bị phân
giải bởi axit.
Vì sự tạo thành đồng thời ít nhiều của những phức không hoạt động với
HCl (hoặc anion Clo) nên sự tạo thành Vynyl Clorua trong pha khí đợc mô tả
theo phơng trình độc học sau:
R = K (PCr H
2
P
HCl
)/ (1 + b . P
HCl

)
Sản phẩm ta thu đợc là vinyl clorua (CH
2
= CHCl). Nó là một mônôme
quan trọng dùng để tổng hợp các vật liệu polime khác. Khi polime hoá có mặt
peroxic nó sẽ tạo ra polivinyl Clorua (PVC).
1. Sản xuất VC đi từ Axetylen theo phơng pháp pha loãng.
Trong pha loãng ngời ta tiến hành thổi Axetylen và HCl cho qua dung
dịch xúc tác có hoà tan thành phần: CH
2
Cl
2
23% trọng lợng, NH
4
Cl 16% trọng
lợng, có thêm CaCl
2
hoà tan trong axit HCl 12ữ15% duy trì ở nhiệt độ
60ữ65% có thể dùng xúc tác HgCl
2
trong axit HCl nhng nhiệt độ cần tăng lên
90
0
C, nếu sử dụng xúc tác Cu có xu hớng làm tăng phản ứng phụ nh trùng hợp
Axetylen thành Vinylaxetylen.
2 CH HC C CH CH
2
Nhằm làm giảm các phản ứng phụ ngời ta thờng dùng HCl đặc để hoà
tan muối đồng. Tác dụng xúc tác của muối đồng và muối thuỷ ngân đợc giải
thích theo nhiều quan điểm khác nhau. Một số quan điểm thì cho rằng muối

thuỷ ngân tác dụng với Axetylen tạo thành hợp chất trung gian, sau đó hợp
chất trung gian bị phân huỷ dới tác dụng của HCl, hoàn nguyên xúc tác cho ta
Vinyl Clorua.
SV: Nguyễn Hữu Tuấn - Hoá Dầu - K8 Thiết kế phân xởng sản xuất VC
24
Cu
+
Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp
CH CH + HgCl
2
CHCl = CH HgCl CH
2
= CHCl + HgCl
2
Quan điểm khác thì cho rằng: muối đồng, muối, thuỷ ngân tác dụng với
Axetylen thành phức chất , trong đó các nguyên tử các bon có điện tích dơng
và có khả năng tác dụng với anion Cl
-
, kết quả kim loại đợc thay thế bằng
proton.
CH CH + HgCl
2
[CH
0

+
H . . . Cl] CH
2
= CHCl + Hg
2+

++ 22
HgHg

Thời gian tiếp xúc giữa C
2
H
2
và HCl với xúc tác tăng tăng có thể làm
cho sự chuyển hoá C
2
H
2
gần nh hoà toàn nhng năng suất thiết bị giảm. Vì vậy
ngời ta cho thời gian tiếp xúc ngắn hơn và C
2
H
2
d sẽ tuần hoàn lại. Trong công
nghiệp ngời ta tiến hành tổng hợp VC trong pha lỏng nh sau: cho dung dịch
xúc tác có 12ữ15% HCl và thiết bị thổi C
2
H
2
và HCl vào thiết bị cùng một lúc,
lúc này nhiệt độ phản ứng tiến hành luôn đợc duy trì ở 60ữ65
0
C, VC tạo thành
trong hỗn hợp gồm Axetylen, hơi nớc và Hiđrô Clorit, ở đầu ra của thiết bị đợc
đa đến tới bằng nớc của thiết bị lọc Hyđrô Clorua. Khi đó hơi nớc ngng tụ, sau

đó tiến hành làm khô các khí bằng CaCl
2
rắn, lúc này VC ngng tụ khi đợc làm
lạnh đến 20
0
C và trong thiết bị phân ly ngời ta tách đợc Axetylen không ng-
ng tụ và Axetylen thu hồi cho tuần hoàn lại thiết bị phản ứng.
Phơng pháp tổng hợp VC trong pha lỏng có u điểm là có thể tiến hành
phản ứng ở nhiệt độ thấp, do đó ta dễ dàng điều chỉnh hành phản ứng ở nhiệt
độ thấp, do đó ta dễ dàng điều chỉnh đợc nhiệt độ, tốn ít năng lợng, thiết bị
đơn giản nhng có nhợc điểm là hiệu suất sản phẩm thấp. Vì vậy trong sản xuất
ngời ta thờng dùng phơng pháp tổng hợp VC trong pha khí.
2. Sản xuất VC từ C
2
H
2
theo phơng pháp pha khí
a) Xúc tác
Ngay từ những ngày đầu sơ khai ngành hoá học con ngời đã phát hiện
và nghiên cứu nhiều ảnh hởng kỳ lạ của một số chất tham gia phản ứng, nó
liên quan đến tốc độ chuyển hoá hoá học và đợc gọi là xúc tác. Vậy xúc tác là
SV: Nguyễn Hữu Tuấn - Hoá Dầu - K8 Thiết kế phân xởng sản xuất VC
25
HCl