Đồ Án Thiết kế phân xưởng sản xuất Vinylclorua với năng suất 120.000 tấnnăm

Đồ án môn học SV: Nguyễn Tạ Quang Huy
MỞ ĐẦU
Vinyl clorua đầu tiên được sản xuất vào năm 1835 bởi Justus Volt Liebig
và sinh viên của ông là Henry. Họ thu được nó bằng việc thực hiện clorua
kép etylen theo phương pháp của Hydroxit kali trong Etanol.
Vào năm 1912, một nhà hoá học Đức là Frans, làm việc cho Griesheim-
Elektron đã được cấp bằng sang chế về một phương pháp sản xuất
vinylclorua từ Axetylen và Hidroclorua sử dụng thuỷ ngân II clorua như một
chất xúc tác. Phương pháp này thì được sử dụng rộng rải trong những năm
1930 đến 1940.
Ứng dụng của nó ngày càng được sử dụng rộng rải và ngày càng không
thể thiếu được trong đời sống của con người. Do đó ngành công nghiệp về
vật liệu polime cũng được phát triển. Vinylclo rua có công thức hoá học là:
CH
2
=CHCl. Để cho ngành công nghiệp về vật liệu polime tồn tại và phát
triển hơn cần phải nghiên cứu và sản xuất ra nguồn nguyên liệu cần cung cấp
cho nó là rất quan trọng, cho nên việc điều chế Vinylclorua đã tạo ra một
bước chuyển lớn trong công nghiệp hoá chất.
Vinylclorua được ứng dụng trong công nghiệp chủ yếu được dung làm
monome trong quá trình polime hóa để tổng hợp thành polivinylclorua
(PVC), khoảng 95% tổng hợp vinylclorua dung để tổng hợp PVC và các
polime khác. PVC là chất dẻo có nhiều tính chất mà ta mong muốn như độ
ổn định hóa học cao ít bị ăn mòn (ít bị phá huỷ bởi các axit mạnh như H
2
SO
4
,
HCl) có khả năng co giản và độ bền tương đối lớn, cách điện tốt không thấm
nước, không bị phá huỷ khi tiếp xúc với nước và có một số tính năng ưu việc
khác. Do có những tính ưu việc như vậy nên PVC được dung để sản xuất các

loại ống dẫn các chất hoá học, làm vật liệu lót bên trong các thiết bị hoá học
làm việc ở nhiệt độ thấp để thay thế thép không rỉ và các hợp kim đắt tiền.
Tổng mức tiêu thụ PVC toàn cầu hiện đạt khoảng 32 triệu tấn/ năm. Sản
xuất PVC đang tăng trưởng tốt tại châu Á do nhu cầu xây dựng cơ sở hạ tầng
cũng như các nhu cầu xây dựng khác tăng nhanh của hoạt động sản xuất kinh
doanh PVC về phía châu Á. Tại đây, tốc độ tăng trưởng của sản xuất PVC
đạt khoảng 7%, gần bằng tốc độ tăng trưởng GDP trung bình của châu lục
này. Trong khi đó, dự báo sản xuất PVC tại Mỹ và châu Âu trong năm tới chỉ
tăng dưới 3%/ năm. Vì vậy, đến năm 2010 tổng mức tiêu thụ PVC tại châu Á
sẽ lớn hơn so với châu Âu và Mỹ.
1
Đồ án môn học SV: Nguyễn Tạ Quang Huy
Trong những năm gần đây, nước ta cũng đang rất quan tâm đến vấn đề
này. Giúp chúng ta có thể tự chủ động sản xuất VC và PVC trong nước, giảm
bớt tình trạng nhập VC như hiện nay. Đó là việc nhà máy lọc dầu số I Dung
Quất ( Quảng Ngãi) sẽ đi vào hoạt động vào đầu năm 2009, sau đó sẽ là hàn
loạt các nhà máy khác như ở Nghi Sơn (Thanh Hoá), Phú Yên, Nhơn Hội
(Quy Nhơn), và trong miền Nam.
Trên thế giới hiện nay, công nghệ sản xuất VC đi từ HCl và C
2
H
2
vẫn
được áp dụng vì công nghệ đơn giản, lợi ích từ việc giảm giá thành sử dụng
như trước kia yêu cầu sử dụng nguyên liệu thô là hidrocacbon đắt tiền. Và sử
dụng công nghệ này cũng rất phù hợp với điều kiện ở Việt Nam vì chúng ta
có nguồn nguyên liệu axetylen ở nước ta rất phong phú vì có trữ lượng tự
nhiên lớn, núi đá vôi nhiều. Với những điều kiện thuận lợi như vậy chúng ta
sẽ hạn chế được nguồn nguyên liệu VC ngoại nhập nhưng vẫn đáp ứng đầy
đủ nhu cầu của các ngành công nghiệp trong nước, công nghiệp sản xuất VC

từ C
2
H
2
và HCl cần phải được phát triển hơn nửa.
SV Nguyễn Tạ Quang Huy
2
Đồ án môn học SV: Nguyễn Tạ Quang Huy
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU
Phần I TỔNG QUAN
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT CỦA NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM
CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT VC 16
PHẦN II. TÍNH TOÁN 35
PHẦN 3: TÌNH HÌNH CỦA NGÀNH CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT VC CỦA MỘT SỐ
QUỐC GIA TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 39
KẾT LUẬN 43
TÀI LIỆU THAM KHẢO 44
3
Đồ án môn học SV: Nguyễn Tạ Quang Huy
Phần I TỔNG QUAN
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT CỦA NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM
I.1Tính chất của nguyên liệu:
I.1.1Tính chất của axetylen:
Axetylen có tầm quan trọng to lớn nhất trong số các hidrocacbon chứa một
liên kết ba. Đó là chất khí không màu, ở dạng tinh khiết có mùi ete nhẹ có tác
động gây mê. Axetylen chưa tinh tế điều chế từ canxi cacbua có mùi khó
chịu, mùi này được gây ra bởi các tạp chất hiđro photphua (PH
3
) và hiđro

sunfua. Axetylen nguyên chất có vị hơi ngọt.
- Trọng lượng riêng ( 0
o
C, P=760mmHg): d=1,17 kg/m
3
.
- Trọng lượng phân tử: 26,02 kg/kmol.
- Nhiệt dung riêng phân tử: Cp = 0,402 kJ/kg.
- Nhiệt độ ngưng tụ: - 83,8
o
C
- Nhiệt độ tới hạn: 35,5
o
C
- Áp suất tới hạn: 6,04Mpa
- Nhiệt thăng hoa: 21,59 kJ/mol
- Nhiệt hóa hơi: 15,21 kJ/mol
- Tỉ trọng: 0,686
Axetylen tan lạnh trong các dung môi hữu cơ, axetylen cũng có thể tan
trong nước. Độ chọn lọc của axetylen trong các dung môi khác nhau rất quan
trọng trong quá trình tinh chế cũng như trong quá trình bảo quản axetylen.
Khi cháy axetylen tỏa ra lượng nhiệt lớn, 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
o
C và 1 at Axetylen tạo với không
khí hỗn hợp nổ trong giới hạn từ 23%-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.

2 2 2
2C H C H→ +
4
Đồ án môn học SV: Nguyễn Tạ Quang Huy
Đây là phản ứng phân hủy của C
2
H
2
để tạo thành C và H
2
. Sự phân rả này
không có oxi nhưng có những chất kích hoạt tương ứng(tia lửa, đốt cháy do
ma sát).
Axetylen cũng dể dàng tạo hỗn hợp nổ với Clo và Flo, nhất là khi có tác
dụng với ánh sáng. Do vậy để giảm bớt khả năng nổ của axetylen, khi vận
chuyển người ta pha thêm khí trơ, hydro amoniac vào.
Axetylen cũng có khả năng hòa tan tốt trong nhiều chất lỏng hữu cơ và vô
cơ. Độ hòa tan của nó tương đối cao trong dung môi có cực. Trong một thể
tích nước ở 20
o
C có thể hòa tan được một thể tích axetylen, còn ở 60
o
C một
thể tích nước axetylen giảm trong dung dịch muối ăn và Ca(OH)
2
. Độ hòa tan
của axetylen có ý nghĩa quan trọng để điều chế và tách ra khỏi hỗn hợp khí.
I.1.1.1Tính chất vật lí:

Axetylen là hidrocacbon không no, có liên kết ba trong phân tử do đó khả
năng hoạt động hóa học cao. Liên kết ba phân tử axetylen tạo thành do liên
kết
δ
và
π
.
Khi tham gia các phản ứng hóa học, liên kết ba trong phân tử bị phá vỡ để
tạo thành liên kết đôi hoặc các hợp chất bão hòa. Axetylen có khả năng tham
gia phản ứng thế, cộng, oxy hóa, trùng hợp. Vì vậy từ axetylen có thể tổng
hợp các sản phẩm khác nhau có thể ứng dụng trong công nghiệp và đời sống.
I.1.1.2Tính chất hóa học:
a. Phản ứng thế:
Nguyên tử H của axetylen thể hiện tính axit có khả năng tham
gia phản ứng thế với kim loại kiềm, Cu, Ag, Ni, Co, Zn… tạo
thành axetylenit kim loại rất dể nổ.
2 2 2 2 2
2Me C H Me C H+ → +
( Me: kim loại kiềm )
2
2
Na
HC CH NaC CNa H
+
≡ → ≡ +
2
2
Cu
HC CH Cu C C Cu H
+

≡ → − ≡ − +
Axetylen tác dụng với amit của kim loại kiềm và kiềm thổ trong
amoniac lỏng:
2 3
HC CH MeNH MeC CH NH≡ + → ≡ +
b. Phản ứng cộng hợp:
5
Đồ án môn học SV: Nguyễn Tạ Quang Huy
Cộng với hydro với xúc tác Pd ở áp suất 1 at và 250-300
o
C.
2 2 2
Pd
HC CH H CH CH≡ + → =
,
41,7 / .H kcal mol∆ = −

Cộng hydro với xúc tác Ni và nhiệt độ:
2 3 3
2
o
Ni
t
HC CH H CH CH≡ + → −
Phản ứng cộng với nước khi có xúc tác HgSO
4
ở 75-100
o
C tạo ra
axetaldehyt:

2 3
Hg
HC CH H O CH CHO
+
≡ + → −
,
38,8 /H kcal mol∆ = −
Còn khi có oxit kẽm và oxit sắt ở 360
÷
480
o
C, axetylen tác dụng với
hơi nước tạo thành axeton:
2 3 3 2 2
2 3 2
ZnO
HC CH H O CH COCH CO H≡ + → + +
Axetylen tác dụng với rượu ở 160
÷
180
o
C, áp suất P = 4
÷
20 at và có
KOH tạo thành Vinylete:
2
KOH
HC CH ROH CH CH OR≡ + → = −
Axetylen tác dụng với H
2

S ở 120
o
C:
Axetylen tác dụng với mercaptan có xúc tác KOH tạo ra
Vinyltroete:
2
HC CH RSH CH CH SH≡ + → = −
Axetylen tác dụng với CO và H
2
( cacbonyl hóa ) với xúc tác là
Ni(CO)
4
tạo ra axit acrylic:
2 2
HC CH CO H O CH CH COOH≡ + + → = −
6
H
2
S
H
2
C
CH SH C
2
H
5
SH
H
5
C

2
S
CH CH
2
HC CH
H
5
C
2
S CH
2
CH
2
S C
2
H
5
+
Vinyl mercaptan
+H
2
S
Etylen mercaptan
+C
2
H
2
+C
2
H

5
SH
Etylen dietyl sulfit
2HC CH2
S
Đồ án môn học SV: Nguyễn Tạ Quang Huy
Cộng với muối halogen tạo hợp chất có đồng phân cis, trans:
HC CH +
HgCl
2
C
C
Cl
H
H
HgCl
C
C
HgCl
H
H
Cl
Trans
Cis
Cộng với halogen:
2
2 2 2
Br
HC CH Br CHBr CHBr CHBr CHBr
+

≡ + → = → −
Khi cộng với Cl
2
trong pha khí xảy ra rất mảnh liệt dễ gây nổ, do
đó ta phải tiến hành trong pha lỏng có xúc tác antimonitriclorua.
3 2 5
SbCl Cl SbCl+ →
5 2 2 3
2 2HC CH SbCl CHCl CHCl SbCl≡ + → − +
Ngoài ra axetylen còn phản ứng cộng với nhiều axit vô cơ và hữu
cơ tạo thành các vinyl có giá trị trong công nghiệp.
Cộng với HCl, phản ứng trong pha hơi ở 150
÷
180
o
C có xúc tác
HgCl
2
than hoạt tính, còn trong pha lỏng dùng xúc tác CuCl
2
thu
được VC:
2
HC CH HCl CH CH Cl≡ + → = −
Cộng với H
2
SO
4
tạo thành Vinylsunfua:
2 4 2 3

HC CH H SO CH CH O SO H≡ + → = − −
Ở nhiệt độ 80
o
C có CuCl
2
và NH
4
Cl làm xúc tác, Axetylen tác
dụng với HCN tạo thành acrylonitrin:
2
HC CH HCN CH CH CN≡ + → = −
Tác dụng với axit axêtic ở 180
÷
200
o
C ở pha hơi là xúc tác là
axetat Zn trên than hoạt tính hoặc trên Cd trên than hoạt tính hoặc
Hg trên than hoạt tính tạo thành Vinylaxêtat:
3 2 3
HC CH CH COOH CH CHOCOCH≡ + → =
Axetylen tác dụng với rượu:
HC CH +
OH
O HC CH2
7
Đồ án môn học SV: Nguyễn Tạ Quang Huy
Axetylen tác dụng với axit amin:
2 2
CH CH RCO NH RCO NH CH CH≡ + − → − − =
c. Phản ứng trùng hợp của axetylen:

Phản ứng Dime hóa trong môi trường HCl tạo thành vinylaxetylen
,80
2
2
o
xt C
CH CH H C CH C CH≡ → = − ≡
Ở nhiệt độ 600
o
C trên than hoạt tính axetylen trùng hợp tạo thành
benzen:
6 6
3CH CH C H≡ →
I.1.2Các phương pháp điều chế axetylen:
Trong công nghiệp axetylen chủ yếu được sản xuất theo hai hướng chính
là: từ than đá, đá vôi, khí tự nhiên, khí đồng hành. Nước ta do điều kiện sẵn
có than đá, đá vôi, khí tự nhiên, khí đồng hành nên có thể áp dụng được cả
hai phương pháp trên.
I.1.2.1Sản xuất axetylen từ than đá và đá vôi:
Phản ứng chính của quá trình này:
600
2
3
o
C
CaO C CaC CO+ → +
Chỉ có khoảng 70-80% đá vôi tham gia phản ứng vì vậy trong sản phẩm
luôn luôn chứa 12-15% CaO.
Tác dụng nước với cacbuacanxi tạo ra axetylen và vôi tôi.
2 2 2 2

CaC H O C H CaO+ → +
Nhiệt tỏa ra khi phân hủy cacbuacanxi kỹ thuật là tổng nhiệt của phản ứng
tác dụng của cacbuacaxi với nước và tác dụng vôi với nước.
2 2
CaO + H ( )O Ca OH→
Cacbon sử dụng trong quá trình này có thể là cốc hoặc nguyên liệu sử dụng
thường có lẫn các tạp chất như MgO, hợp chất S, P, Al, Fe do đó xảy các
phản ứng.
2
3MgO C MgC CO+ → +
3 4 2 3 2
( ) 8 8Ca PO C Ca P CO+ → +
Các tạp chất này khó tách ra khỏi hỗn hợp phản ứng. Chỉ có thể tách ra một
phần do việc loại xỉ. Chính vì vậy mà axetylen tạo thành luôn có lẩn một
lượng hợp chất như: PH
3
, NH
3
, SiH
2
, CH
4
, H
2
, CO
2
, CO. Lượng tạp chất này
8
Đồ án môn học SV: Nguyễn Tạ Quang Huy
không có lợi cho việc sử dụng Axtylen để điều chế VC. Do đó Axetylen tạo

ra phải qua giai đoạn làm sạch có thể dùng anhydric cromic trên đất nung
hoặc dùng nước Javen để làm sạch. Sau đó Axetylen thành phẩm được rửa
bằng kiềm để trung hòa axit và sấy khô bằng H
2
SO
4
hoặc CaCl
2
.
Từ metan
400 600
4 2 2 2
2 3
o
C
Ni
CH C H H
÷
→ +
Oxi hóa Metan:
1500
4 2 2 2 2 2
4 2 2 4
o
C
CH O C H CO H+ → + +
Axetylen sản xuất theo phương pháp cacbuacanxi chi phí năng lượng điện
tiêu tốn và vốn đầu tư lớn và vốn đầu tư cao nên ngày nay axetylen chủ yếu
được sản xuất bằng nhiệt phân hydrocacbon, quá trình xảy ra một giai đoạn
cho phép tổng hợp axetylen với vốn đầu tư và chi phí năng lượng ít hơn.

Axetylen sản xuất được sạch hơn, nhưng có nồng độ loãng.
I.1.2.2Sản xuất axetylen từ khí thiên nhiên và khí đồng hành:
Trước chiến tranh thế giới thứ hai, để sản xuất axetylen người ta chủ yếu
dùng nguyên liệu CaC
2
. Trong thời gian gần đây, các nhà nghiên cứu chỉ bắt
đầu nghiên cứu trong các phòng thí nghiệm với mục đích xác định điều kiện
biến đổi của hydrocacbon parafin thành axetylen. Trong khi đó quá trình
cracking nhiệt và nhiệt phân hydrocacbon để sản xuất olefin đã phát triển
trong công nghiệp. Nhờ tích lũy được kinh nghiệp cả về lí thuyết lẫn thực tế
của công nghiệp nhiệt phân, cho phép phát triển và thiết kế các thiết bị đầu
tiên để sản xuất axetylen từ CH
4
và những parafin khác bằng cách nhiệt phân
ở nhiệt độ cao theo phản ứng thuận nghịch sau:
4 2 2 2
2 3CH C H H↔ +
,
298
87,97 /
o
H kcal kg∆ =
2 6 2 2 2
2C H C H H↔ +
,
Các phản ứng này đều là các phản ứng thu nhiệt và phản ứng tăng thể tích,
cân bằng của chúng chỉ dịch chuyển về phía phải khi nhiệt độ khoảng 100
÷
300
o

C.
Trong thực tế với mục đích tăng vận tốc phản ứng cần nhiệt độ lớn hơn
150-1600
o
C đối với CH
4
và 1200
o
C đối với hydrocacbon lỏng, khi nhiệt phân
parafin, phản ứng tạo thành axetylen có cơ chế chuỗi gốc, trong chuỗi chuyển
hóa CH
4
và C
2
H
6
có thể được trình bày như sau:
9
2CH
4
2H*
2CH
3
* 2CH
2
*
-2H*
2CH*
H
3

C CH
3
H
2
C CH
2
HC CH
-H
2
-H
2
Đồ án môn học SV: Nguyễn Tạ Quang Huy
Trong khí thu được, ngoài những parafin và olefin phân tử thấp còn một
lượng không lớn benzen, nhóm axetylen-metylaxetylen ( CH
3
-CH
2
- CH
3
)…,
Chế biến axetylen bằng phương pháp tương đối phức tạp do xảy xa các phản
ứng phụ chủ yếu là phân hủy C
2
H
2
thành C và H
2
. Phản ứng này mãnh liệt
nhất ở 1000
o

C và đạt tốc độ lớn ở 1200
÷
1600
o
C nghĩa là khi đạt nhiệt độ yêu
cầu để có được C
2
H
2
. Kết quả quan sát những hệ phản ứng liên tiếp, trong
axetylen tạo thành bị phân hủy thành H
2
và C (muội than ).

2
3
4 2 2 2
2 2
H
CH C H C H
−
→ → +
Ngoài ra trong quá trình còn xảy ra những phản ứng không mong muốn
cũng tạo thành C và H
2
như phản ứng:
2
4 2
2
2 4 2 4 2

2 6 2
2
2 2 2
2 3
H
CH C H
C H C H C H
C H C H
−
→ +
¬ → ↔ +
↔ +
Cũng như các trường hợp khác, việc điều chỉnh hiệu chỉnh hiệu suất sản
phẩm trung gian có thể đạt được nhờ sự giảm mức độ chuyển hóa
hydrocacbon ban đầu bằng cách rút ngắn thời gian phản ứng. Hiệu suất
axetylen cao nhất khi sự cốc hóa xảy ra với mức độ chuyển hóa hydrocacbon
ban đầu là 150
o
C và thời gian lưu trong vùng phản ứng là 0,01 giây. Để tránh
sự phân rã tiếp theo của C
2
H
2
cần phải tôi thật nhanh khi phản ứng (phun
nước). 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:
Khi chế biến nhiệt hydrocacbon khí hay phân đoạn dầu, chúng ta hiểu phần
nào cơ cấu biến đổi nhiệt của hydrocacbon khác nhau trong nguyên liệu
nhưng chỉ điều kiện nhiệt độ vừa phải ( 700 đến 800
0
C) trong đó phản ứng
tạo thành C
2
H
2
lại tiến hành ở nhiệt độ cao ( trên 1000
0
C) và cơ cấu cũng
chưa được nghiên cứu cụ thể,vì thế chưa có một lý thuyết thống nhất về sự
tạo thành C
2
H
2
khi phân hủy nhiệt hydrocacbon trong khoảng 1100
÷
1500 -
0
C. Tuy nhiên những nghiên cứu đã cho phép giả thuyết đi đến sự thay đổi
cơ cấu cracking khi chuyển hóa ở nhiệt độ cao làm chậm các phản ứng phát
triển mạch theo cơ cấu gốc tự do và làm tăng tốc độ của quá trình phân hủy
khử cấu trúc phân tử. Các phản ứng bậc hai tạo thành các sản phẩm ngưng tụ
và tạo cốc xảy ra trong khoảng 900
÷
1000
0

C, song ở nhiệt độ cao lại quan
sát thấy phản ứng phân hủy tạo thành Hydro, muội, cacbon đốt nóng đến
1500
÷
1700
0
C ( các sản phẩm tạo ra nhanh chóng được tách khỏi môi
10
Đồ án môn học SV: Nguyễn Tạ Quang Huy
trường phản ứng ) thấy rằng sản phẩm bậc một của sự biến đổi là Etan. Điều
đó phù hợp với cơ cấu được giải thích bởi cơ cấu Kasale như sau:

[ ]
[ ]
4 2 2
2 4 2 6
2 6 2 4 2
2 4 2 2 2
2 2 2
2
CH CH H
CH CH C H
C H C H H
C H C H H
C H C H
→ +
+ →
→ +
→ +
→ +

Tóm lại, nước ta do có các mỏ khí với trữ lượng lớn và thành phần của
khí thu được hầu hết là parafin nên hiệu suất chuyển hóa cao. Vì vậy việc
phát triển sản xuất axetylen từ khí thiên nhiên và khí đồng hành có triển vọng
rất lớn.
I.1.2.3So sánh hai phương pháp sản xuất Axetylen
Quá trình sản xuất Axetylen từ hydrocacbon là quá trình xảy ra theo một
giai đoạn, cần vốn đầu tư và năng lượng ít hơn nhưng axetylen thu được
loãng và cần có hệ thống tách và làm lạnh phức tạp. Còn đối với quá trình
sản xuất axetylen từ cacbua canxi : chi phí năng lượng lớn ( cho việc thu
được CaC
2
) và vốn đầu tư cho sản xuất lớn, việc vận chuyển đá không tiện,
điều kiện làm việc ở nhà máy rất nặng nhọc. Tuy nhiên quá trình này có ưu
điểm lớn là axetylen thu được đậm đặc có độ sạch cao ( 99,9%), có thể dùng
cho bất cứ quá trình tổng hợp nào. Ngoài ra nguyên liệu sử dụng cho quá
trình dựa trên than đá rất dồi dào và rất phù hợp với điều kiện nước ta. Chính
vì vậy, sản xuất axetylen từ than đá , đá vôi là hướng chính cung cấp nguyên
liệu cho VC.
I.2Tính chất của axit HCl:
I.2.1Tính chất vật lý:
Hydro clorua là một khí không màu, mùi hắc gây kích thích niêm mạc, rất
độc. Trong không khí ẩm, HCl kết hợp với hơi nước tạo khói, HCl tan mạnh
trong nước, nó ở dạng khan không ăn mòn kim loại, là một khí bền nhiệt chỉ
bị phân hủy nhẹ ở nhiệt độ trên 1500
0
C.
I.2.2 Tính chất hóa học:
HCl dạng nguyên chất là không màu, tỷ trọng d= 1,35g/m
3

, có phân tử
lượng bằng 36,5. Là một axit mạnh dung dịch có nồng độ lớn nhất khoảng
35%. Axit HCl mang đầy đủ các tính chất của một axit mạnh như:
11
Đồ án môn học SV: Nguyễn Tạ Quang Huy
a. Tác dụng với kiềm:
HCl +NaOH
→
NaCl + HOH
b. Tác dụng với muối:
2HCl + CaCO
3
→
CaCl
2
+ HOH + CO
2
c. Tác dụng với kim loại:
2HCl +Mg
→
MgCl
2
+ H
2
d. Tác dụng với axetylen:
HCl + CH
≡
CH
→
CH

2
=CHCl
I.2.3 Các phương pháp sản xuất axit HCl phổ biến trên thế giới:
a. Sản xuất H
2
SO
4
và NaCl:
NaCl + H
2
SO
4

→
NaHSO
4
+ HCl
2NaCl + H
2
SO
4

→
Na
2
SO
4
+2HCl
b. Phương pháp Hargreaves:
S + O

2

→
SO
2
4 NaCl + 2SO
2
+O
2
+2H
2
O
→
2NaSO
4
+4HCl
c. Phản ứng tổng hợp H
2
và Cl
2
:
H
2
+Cl
2

→
2 HCl

Phương pháp thu HCl như là một sản phẩm phụ của một quá trình cho

các hợp chất hữu cơ
I.3Tính chất của sản phẩm VC:
I.3.1Tính chất vật lý :
+ VC có cùng công thức phân tử C
2
H
3
Cl
+ Các tên gọi: Vinyl clorua, cloruaetylen, Etylen monoclorua, VC,
VCM, Cloroeten, Monocloroeten, Monocloroetylen
+ Ở điều kiện nhiệt độ và áp suất thường VC là chất khí không
màu, có mùi ete nhẹ.
 Trọng lượng phân tử : M =62,5 kg/mol.
 Nhiệt độ đóng rắn : -153,7
0
C
 Nhiệt độ ngưng tụ : -13,9
0
C nên rất khó hóa lỏng
 Nhiệt độ tới hạn của VC : 142
0
C
 Nhiệt độ bốc cháy : 415 Kcal/kg
 Nhiệt độ nóng chảy : 18,4 Kcal/kg
12
Đồ án môn học SV: Nguyễn Tạ Quang Huy
 Nhiệt độ bốc hơi ở 25
0
C : 78,5 Kcal/kg
 Trọng lượng riêng : 0,969 g/ cm

3
 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 25
0
C : Cp =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
được xác định như sau:
d= 0,9471 -0,176.10
2
.t – 0,324.10
5
.t
2
.
Trong đó : d: tỷ trọng của VC lỏng, g/cm
3
t: nhiệt độ của VC lỏng,
0

C
Bảng 1 : Tỷ trọng của VC phụ thuộc vào nhiệt độ
Áp suất hơi: Công thức thực nghiệm tính ap suất hơi của VC là:
lgP = 0,8420 -
1130,9
T
+ 1,75 lgT -0,002415.T
Trong đó :
P: áp suất hơi của VC, at
T: nhiệt độ hơi của VC,
0
C
Ta có bảng sau:
Nhiệt độ(
0
C) -87,50 -55,8 -13,37 16,2 46,8
Áp
suất(mmHg)
10 100 760 2258 5434
+ Độ tan trong nước ở 1 axetandehit là 0,5 % trọng lượng.
+ Giới hạn nồng độ nổ của hỗn hợp với không khí là từ 3,62
-26,6% thể tích.
I.3.2Tính chất hóa học:
- VC có công thức hóa học : CH
2
= CHCl
- Công thức cấu tạo của VC:
Nhiệt độ(
0
C) -15 25

Tỷ Trọng 0,9730 0,9014
13
C C
H H
H Cl
Đồ án môn học SV: Nguyễn Tạ Quang Huy
Do có chứa liên kết đôi và nguyên tử clo linh động ( Cl có độ âm điện
lớn) nên các phản ứng hóa học của VC là phản ứng của liên kết đôi và phản
ứng của nguyên tử clo linh động.
VC không tan trong nước, tan trong các dung môi hữu cơ như axeton,
rượu etylic, hydro cacbon thơm, hydro cacbon mạch thẳng.
Trong phân tử VC có một liên kết nối đôi và một nguyên tử clo linh
động, do đó phản ứng hóa học chủ yếu là phản ứng kết hợp hoặc phản ứng
của nguyên tử clo trong phân tử VC
Sau đây ta xem xét các phản ứng mà VC có khả năng tham gia :
I.3.2.1 Phản ứng nối đôi:
Phản ứng cộng hợp:
Tác dụng với halogen cho ta 1,2 dicloetan ở điều kiện môi trường khô ở
140
÷
150
0
C hoặc ở 80
0
C và có chiếu sáng xúc tác là SbCl
3
Khi có xúc tác AlCl
3
, FeCl
3

thì VC phản ứng với HCl.
CH
2
= CHCl + HCl
→
ClCH
2
-CH
2
Cl
Với H
2
:
CH
2
= CHCl +H
2

→
CH
3
– CH
2
Cl
Trong phản ứng với oxi hóa VC ở nhiệt độ 50
÷
150
0
C có mặt HCl dể
dàng tạo ra monoxetandehit:

CH
2
=CHCl + ½ O
2

→
Cl-CH
2
-CHO
Do phân tử có chứa nối đôi nên VC có thể tham gia phản ứng trùng hợp
tạo PVC, một sản phẩm quan trọng.

H
2
C CHCl CH2
CH
Cl
n
n
I.3.2.2Phản ứng của nguyên tử Clo:
Thủy phân:
Khi đun nóng với kiềm HCl bị tách ra khỏi VC cho ta axetylen.
2 2
2
NaOH
CH CHCl CH CH NaCl H O
+
= → ≡ + +
Tác dụng với acolat hay phenolat cho ta este VC:
CH

2
=CHCl+RONa
→
CH
2
=CHOR + NaCl
Tạo hợp chất cơ kim:
CH
2
=CHCl + Mg
→
CH
2
=CH-Mg-Cl
14
Đồ án môn học SV: Nguyễn Tạ Quang Huy
VC trong điều kiện không có không khí ở 450
0
C có thể phân hủy tạo
thành axetylen và HCl, do phản ứng dime hóa axetylen có thể phản ứng tiếp
tục tạo ra một lượng nhỏ 2-Clo-1,3-butandien. Còn trong điều kiện có
không khí VC bị oxi hóa hoàn toàn tạo thành CO
2
và HCl
I.4 Ảnh hưởng của VC tới sức khỏe con người và môi trường:
I.4.1Đối với sức khỏe con người:
Công nhân trong các khu công nghiệp sử dụng hoặc sản xuất VCM có
những rủi ro khi tiếp xúc với nó. Người sử dụng có thể bị ảnh hưởng VCM
qua không khí trong các sản phẩm và trong quá trình sử dụng sản phẩm,
trong các chất thải chứa VC hoặc quá trình Clo hóa khác. VC xâm nhập vào

cơ thể con người qua không khí và nguồn nước bẩn mà con người sử dụng.
Khi hít phải một lượng lớn VCM dễ dẫn đến hôn mê, ảnh hưởng cơ
quan hô hấp, tạo ra sự biến đổi lớn trong cơ thể và dẫn tới tử vong. Ở mức
độ thấp, dẫn tới triệu chứng nhức đầu, hoa mắt chóng mặt. Ảnh hưởng
trong thời gian dài có thể là nguyên nhân gây bất lực, rối loạn tim mạch và
những vấn đề khác ảnh hưởng tới sự sống. Viện nghiên cứu ung thư thế
giới đã phân loại VC như là một chất gây ung thư ở người, dựa trên cơ sở
biệu hiện bệnh ở cả người và động vật.
I.4.2Đối với môi trường:
VC xâm nhập vào không khí trong suốt quá trình sản xuất và sử dụng. Ở
trong không khí nó sẽ phá vở các liên kết hóa học khác như formyl clorua
và formaldehyt trong 2 tới 3 ngày. Mặt dù hầu hết VC lan tỏa trong không
khí, khi phát ra từ đất nó cũng sẽ bốc hơi hoặc ngấm vào trong nước các
mạch nước ngầm. Nó sẽ nhanh chóng bốc hơi nếu lượng hơi nước tiếp xúc
với nó ít. Ở trên bề mặt nước nó có thể không bị vi khuẩn phân hủy và tồn
tại trong nhiều tháng tới nhiều năm.
I.4.3Bảo quản VC:
Trước đây, VC được bảo quản và vận chuyển với sự có mặt của một
lượng nhỏ phenol để ức chế phản ứng polyme hóa. Ngày nay VC được sản
xuất với độ tinh khiết đủ cao và không cần chất ức chế trong bảo quản đồng
thời do được làm sạch nước VC không gây ăn mòn có thể được bảo quản
trong các thùng thép cacbon thường.
IIhuy
15
Đồ án môn học SV: Nguyễn Tạ Quang Huy
CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT VC
II.1Công nghệ tổng hợp VC từ Etylen:
C
2
H

4
rẻ hơn C
2
H
2
từ 2 đến 3 lần. Các quá trình gần đây đều áp dụng công
nghệ Clo hoá hay oxyclo hoá C
2
H
4
hay áp dụng cả 2 quá trình này để sản
xuất 1,2-EDC sau đó sẽ cracking 1,2-EDC để tổng hợp VC.
Sản lượng VCM trên thế giới được sản xuất từ 1,2-EDC là chủ yếu, một
phần nhỏ đi từ C
2
H
2
.
II.1.1Sản xuất EDC bằng quá trình clo hoá Etylen:
EDC là 1,2-etylendiclorua ( d
20
4
=1,253; trọng lượng riêng 68,0/39,2;
t
o
nc
=35,3
0
C; t
o

s
=-83,7).
Khoảng 85% sản xuất VCM, 10% sản xuất chứa Clo như 1,1,1-triclo
etan, còn lại sản xuất etylen diamin dùng làm chất ức chế, sản xuất cao su
chịu xăng dầu như (–CH
2
-CH
2
-S
4
-)
n
…
II.1.1.1Điều kiện sản xuất:
Phản ứng chính là phản ứng sau đây, đây là phản ứng toả nhiệt:
2 2 2 2 2
CH CH Cl CH Cl CH Cl= + → −
, H
0
298
= -185kJ/mol.
Quá trình này có thể được thực hiện ở giai đoạn lỏng hoặc hơi và
độ chọn lọc với sự có mặt của xúc tác trên của sở clorua kim loại. Trong
đấy Clorua sắt là xúc tác tốt cho quá trình thực hiện ở pha lỏng.
Trong công nghiệp người ta thường tiến hành ở pha lỏng trong
khoảng nhiệt độ 50
0
C-90
0
C và ở áp suất thấp ( 0,3.10

6
-0,5.10
6
Pa ). Nhiệt
độ phản ứng được xác định dựa vào phương pháp sản xuất EDC: 50-60
o
C
nếu phản ứng ở trạng thái lỏng, còn nếu thực hiện ở pha khí thì ở nhiệt độ
85
0
C-90
0
C.
Xúc tác FeCl
3
được phân cực bằng các thiết bị hiện đại, dựa vào
khả năng phân cực của Clo, tấn công vào nối đôi của Etylen.
3 2 4
4 2 2 3 2 2


FeCl Cl FeCl Cl
FeCl Cl CH CH FeCl CH Cl CH Cl
− +
− +
+ →
+ = → + −
Ở trạng thái lỏng, FeCl
3
có thể thêm vào ở giai đoạn trung gian.

Sản phẩm phụ của quá trình là 1,1,2-tricloetan nhưng ở nhiệt độ
cao, cloetan và cloetylen cũng có thể tạo thành. Sự có mặt của oxy ở trong
nguyên liệu Clo là một tạp chất cơ bản bởi vì nó hạn chế các phản ứng tự
16
Đồ án môn học SV: Nguyễn Tạ Quang Huy
do xuất hiện những phản ứng tự phát, và cải tiến phù hợp với độ chon lọc
của EDC.
II.1.1.2 Dây chuyền công nghệ sản xuất:
* Nếu sự biến đổi nhiệt độ trong khoảng 50-60
o
C (tiến hành ở pha lỏng):
Khí giàu Clo và Etylen được đưa vào trong thiết bị phản
ứng chính(1). Hơi nóng toả ra từ thiết bị tương đương với nhiệt độ được
điều khiển, kết hợp với sự phân tán của khí tương ứng, đạt được bằng
phương pháp tác động bên ngoài tuần hoàn của phần cất phân đoạn trung
gian này và qua thiết bị trao đổi nhiệt. Sản phẩm lấy ra trong hỗn hợp được
đưa tới thiết bị phân chia khí lỏng(2) (làm việc ở áp suất khí quyển trong
môi trường khí trơ N
2
) để ngăn chặn sự bùng nổ nguy hiểm.
- Thành phần của khí thu được sẽ được đưa vào thiết bị phản
ứng cuối(3). Tại đây nó sẽ phản ứng với C
2
H
4
, sản phẩm thu được sẽ được
quay lại một phần về thiết bị phản ứng chính (1) , thiết bị trung gian và một
phần để hoà tan xúc tác FeCl
3
.

- Thành phần của lỏng thu được từ thiết bị phân chia (2) được
đưa qua thiết bị trao đổi nhiệt và vào thiết bị ổn định (5). Tại đây các khí
còn lại sẽ được tách ra và được đun nóng bởi lò nung (6).
EDC thô được tinh chế tới 99% trọng lượng. Điều này có thể đạt được
bằng cách thêm nước nhằm tạo điều kiện dễ dàng cho sự phân chia FeCl
3
tại thiết bị (7). Pha lỏng thu được ở phía trên. Có thể tinh chế một lượng
nhỏ EDC đã phân huỷ, chứa trong pha lỏng, bằng sự cất phần nhẹ và tuần
hoàn lại kết hợp với lớp hữu cơ phía dưới giàu EDC. Pha này được trung
hoà với NH
3
sau đó được làm khô bằng thiết bị chưng cất hỗn hợp không
đồng sôi (khoảng 15 đĩa)(10). Với lượng EDC thu được ở đỉnh sẻ được
ngưng tụ dùng để hồi lưu và sau đó đễ phân chia phần cất cuối nặng
(khoảng 15đĩa). Các sản phẩm nặng như tricloetan, percloetan,
etylenclorua, và EDC có thể được phân chia và cũng có thể được sử dụng
như là những dung môi trong tháp chưng không (áp suất tuyệt đối 7 kP và
20 đĩa ).

17
Đồ án môn học SV: Nguyễn Tạ Quang Huy
Hình: Công nghệ Clo hoá ở nhiệt độ thấp
1- Thiết bị phản ứng chính 7- Thiết bị rửa lắng
2- Thiết bị phân li khí lỏng 8-Thiết bị trung hoà
3- Thiết bị phản ứng cuối 9- Cột chưng tách
4- Thùng chuẩn bị xúc tác 10- Thiết bị tách nước
5- Thiết bị ổn định 11- Thiết bị tách phần cặn
6- Lò nung 12- Thiết bị thu hồi EDC
* Nếu sự biến đổi nhiệt độ trong khoảng 85
o

C-90
o
C (tiến hành ở pha
khí):
Với nhiệt độ này thì gần nhiệt độ điểm sôi của EDC do đó các sản phẩm
lấy ra từ thiết bị trung gian ở pha hơi. Quá trình sản xuất này rất thuận lợi là
tránh được sự cuốn trôi xúc tác, cho phép bốc hơi nóng bằng phản ứng bởi
bộ phận bay hơi, và đơn giản hoá bộ phận lắp đặt. Thiết bị phản ứng kết
hợp với cột hồi lưu tới thiết bị chính. Pha lỏng được giữ lại và đồng thời
phân chia tuần hoàn các sản phẩm nặng, được làm sạch từ dòng lấy ra (75-
80% trọng lượng EDC). Phần cất chứa khí còn lại được đun nóng và phần
cất còn lại EDC thô được ổn định bởi thiết bị chưng cất, trong khi phần cất
thu được ở đỉnh được thu vào phần cất ngọn.
Quá trình này hiện đang được phát triển và được đề nghị lấy FeCl
3
bằng
phương pháp hấp thụ trên oxyt nhôm hoặc than hoạt tính để tránh hao hụt
sản phẩm. Dựa vào phương pháp này hầu hết các thiết bị làm bằng thép
Cacbon.
18
Đồ án môn học SV: Nguyễn Tạ Quang Huy
Phát minh chính là các hảng: Dow, Ethyl, Goodrich, Hoechst, Huls,
Mitsui, Toasu, Monsanto, PPG,…
Hình: Sơ đồ sản xuất EDC bằng cách oxy hoá etylen nhiệt độ cao
1- Thiết bị phản ứng 4- Thiết bị ổn định
2- Cột hồi lưu 5- Lò nung
3- Thùng chuẩn bị xúc tác
II.1.2Nhiệt phân DEC tạo VC:
II.1.2.1Điều kiện biến đổi chung:
Quá trình này được tiến hành dựa trên phản ứng phân huỷ thu nhiệt sau:

2 2 2
CH Cl CH Cl CH CHCl HCl− → = +
H
0
298
= +70kJ/mol.
Phản ứng bắt đầu xảy ra ở 300
o
C, áp suất khí quyển, nhưng phản ứng đạt
được tốc độ cao ở 400-550
o
C. Phản ứng xảy ra theo cơ chế gốc như sau:
- Khơi mào:
* *
2 2 2
2ClCH CH Cl ClCH CH Cl− → − +
- Phát triển mạch:
* *
2 2 2
Cl ClCH CH Cl ClCH CHCl HCl+ − → − +
* *
2 2 2
ClCH CHCl CH CH Cl Cl− → = +
- Đứt mạch:
* *
2 2 2
Cl ClCH CH CH CHCl HCl+ − → = +
Quá trình tạo nhiều sản phẩm phụ: là các sản phẩm của quá trình
polyclo hoá, sản phẩm của quá trình phân huỷ, cốc…do vậy cần sử dụng
các chất xúc tiến như Clo, Brom, Iot, Tetraclocacbon, hoặc oxy để tạo

thuận lợi cho phản ứng chuyển hoá chính.
19
Đồ án môn học SV: Nguyễn Tạ Quang Huy
Các quá trình trong công nghiệp được tiến hành ở 500-550
0
C, áp suất
2,5-3Mpa, không sử dụng xúc tác. Một số hệ xúc tác ( than hoạt tính, muối
Clo kim loại…) có thể sử dụng để giảm nhiệt độ phản ứng, tuy nhiên thời
gian sống của xúc tác thấp và các khó khăn về mặt công nghệ làm cho các
quá trình cracking EDC có xúc tác không được ứng dụng trong công
nghiệp.
II.1.2.2Sản xuất công nghiệp:
Dicloetan được bốc hơi và gia nhiệt đến 215
o
C, sau đó được đưa vào
thiết bị phản ứng lò ống ( làm việc theo nguyên tắc tương tự quá trình
steam cracking). Tại vùng đối lưu, nguyên liệu được gia nhiệt tới nhiệt độ
phản ứng, phản ứng thực sự xảy ra trong vùng bức xạ. Sản phẩm khí thu
được ở đầu ra của thiết bị lò ống có nhiệt độ 500
0
C được tôi để tránh các
phản ứng phụ xảy ra nối tiếp bằng cách đưa qua tháp tôi tiếp xúc với dòng
sản phẩm đã được làm lạnh xuống 50
o
C chạy ngược chiều. Khí sản phẩm sẽ
được làm lạnh xuống 20
0
C. Trong quá trình làm lạnh bổ sung tiếp theo sẽ
làm ngưng tụ hầu hết các nguyên liệu EDC chưa phản ứng, một phần sẽ
được dùng làm chất tải nhiệt trong tháp tôi.

Phần còn lại của khí không ngưng sẽ được đưa vào tháp chưng cất được
thiết kế để thực hiện các nhiệm vụ sau:
- Tách sản phẩm phụ HCl ở dạng khí ( tháp 20 đĩa )
- Sản xuất VC thô ( Tháp 60 đĩa )
- Tinh chế VC ( 15 đĩa ) đễ giảm hàm lượng HCl từ 500 xuống
10ppm và trung hoà sản phẩm với NaOH.
- Thu hồi EDC chưa phản ứng từ phân đoạn nặng của quá trình
sản xuất VC thô, tuần hoàn lại thiết bị phản ứng. Quá trình này bao gồm
các thiết bị sau:
+ Tách phân đoạn nhẹ ( 70-75 đĩa)
+ Tách phân đoạn nặng trong 2 tháp: phần lớn EDC thu được trong tháp thứ
nhất làm việc ở áp suất khí quyển ( 20-25 đĩa), phần EDC còn lại trong sản
phẩm nặng được thu ở tháp thứ hai làm việc trong chân không ( 70 kPa, 25
đĩa ).
Sự hoạt động này cần phải cung cấp một lượng xút nóng ( 6%
trọng lượng ) trong phạm vi 150
o
C, ở 10
6
Pa áp suất tuyệt đối theo phản
ứng sau:
2 2 2 2
CH Cl CH Cl NaOH CH CHCl NaCl H O− + → = + +
20
Đồ án môn học SV: Nguyễn Tạ Quang Huy
Ngày nay người ta sử dụng các thiết bị toả nhiệt dạng ống, đó là các ống
rỗng ( như hạng: Allied, BASE, BP, Goodrick, Hoechst, Huls, Knapsack,
Kurela, PPG ( quá trình Pittsburgh Plate Glass Company, Solvay, USSR…)
hoặc được bổ sung xúc tác ( SBA) và đặt vào lò.
Hình: sản xuất VC bằng phương pháp Cracking EDC

II.1.3Quá trình Clo hoá Etylen:
Đây là quy trình của Công ty EVC để sản xuất etylen điclorua (EDC) từ
etylen và clo. Quy trình này có hiệu quả năng lượng cao vì sử dụng nhiệt
phản ứng để làm bay hơi EDC, nhờ đó có thể tinh chế sản phẩm bằng
chưng cất phân đoạn. Khác với những quy trình khác như quy trình LTC, ở
quy trình này không cần dùng nước rửa sản phẩm để loại bỏ clorua sắt (III),
vì vậy không cần xử lý nước thải.
Nhiệt tạo ra trong quá trình đủ để tinh chế các dòng EDC khác, như EDC
trong nhà máy VCM cân bằng hoặc EDC sản suất theo quy trình oxy - clo
hóa, nhờ đó tiêu thụ hơi giảm đáng kể.
II.1.3.1Mô tả quy trình:
Thiết bị phản ứng có thiết kế độc đáo với một thanh chữ U nối với bình
tách lỏng - khí nằm ngang. Các khí phản ứng được nạp vào đáy của thanh
chữ U này, tại đây chúng được hòa tan và liên kết với nhau dưới áp suất
tĩnh đủ lớn để ngăn ngừa sự sôi trong vùng phản ứng. Trên vùng này, nhiệt
phản ứng tạo ra các bong bóng hơi nổi lên trên và đi vào bình phản ứng
21
Đồ án môn học SV: Nguyễn Tạ Quang Huy
nằm ngang. Sự chênh lệch mật độ trong hai nhánh của thanh chữ U đảm
bảo sự tuần hoàn tự nhiên của EDC.
Hình : Sơ đồ sản suất VC kết hợp 2 công nghệ sản xuất EDC
1- Thiết bị Clo hóa 6- Thiết bị chưng cất
2- Thiết bị chưng cất 7- Thiết bị tách VC
3- Thiết bị làm sạch EDC 8-Thiết bị Clo hoá
4- Thiết bị Cracking 9- Thiết bị oxi clo hoá
5- Thiết bị làm lạnh 10- Tháp rửa
11- Thiết bị làm khô
II.1.3.2Ưu điểm:
Các ưu điểm chính của quy trình HTC là:
- Tiết kiệm năng lượng: lượng hơi tiêu hao thực trong nhà máy cân bằng

có thể giảm 0,8 tấn /tấn VCM.
- Sản phẩm sạch: EDC sản xuất theo quy trình này có thể được sử dụng
trực tiếp trong lò phản ứng cracking hoặc bán ra ngoài.
- Độ an toàn cao: Công ty EVC đã phát triển hệ thống điều khiển và bảo
vệ chắc chắn, có khả năng xử lý tất cả các nguy cơ đã biết.
22
Đồ án môn học SV: Nguyễn Tạ Quang Huy
- Hiệu quả sử dụng nguyên liệu cao: thiết bị phản ứng của quy trình
HTC chuyển hóa các khí nguyên liệu etylen và clo thành EDC sạch với hiệu
suất chuyển hóa đạt 98,5% và 99,0% tương ứng.
- Thiết kế đã được thử nghiệm tốt, đáng tin cậy: thiết bị phản ứng HTC
không có các bộ phận chuyển động, được chế tạo từ các vật liệu được chọn
lọc tốt, đã biểu thị tuổi thọ vận hành cao và nhu cầu bảo dưỡng thấp.
- Lượng nước thải giảm: không cần rửa sản phẩm EDC sản xuất theo
quy trình này, vì vậy lượng nước thải cần phải xử lý giảm. Ngoài ra, mức
tiêu thụ xút cũng rất thấp.
II.2Sản xuất VC bằng các quá trình liên hợp:
1. Sơ đồ 1: Chỉ dùng nguồn Clo là HCl, kết hợp với oxiclo hoá
với nhiệt phân EDC:
2. Sơ đồ 2: Kết hợp Clo hoá với Oxiclo hoá và nhiệt phân EDC:
3. Sơ đồ 3: Kết hợp Clo hoá với Oxiclo hoá và nhiệt phân EDC,
tận dụng nhiệt phản ứng Clo hoá tinh chế EDC của Oxiclo hoá:
23
Đồ án môn học SV: Nguyễn Tạ Quang Huy
4. Sơ đồ 4: Kết hợp Oxiclo hoá với nhiệt phân EDC, dùng
nguyên liệu ban đầu là 1,2-EDC:
II.3Sản xuất VC đi từ Axetylen:
II.3.1Cở sở quá trình sản xuất VC từ axetylen dựa trên phản ứng:
Phản ứng:
CH≡CH + HCl → CH

2
=CHCl
298
24,6 /H kcal mol∆ = −
Ở áp suất thường không có xúc tác, phản ứng không tiến hành do vậy khi
không có xúc tác ta phải tiến hành ở áp suất cao, nhưng ở áp suất cao các
sản phẩm phụ tạo ra nhiều ( 1,1-dicloetan và VC bị trùng hợp…) những sản
phụ này không có lợi cho việc thu sản phẩm cũng như bảo quản thiết bị. Do
đó trong sản xuất người ta phải dùng xúc tác.
Sản xuất VC đi từ axetylen có thể tiến hành ở pha lỏng hoặc pha khí.
II.3.2Cơ chế của quá trình sản suất VC từ axetylen:
Phản ứng cộng HCl và axetylen đặc trưng cho liên kết nối ba:
CHClCHCHCH
HCl
= →≡
+
2
,
)/(4,112 molkJH =∆

Theo độ tỏa nhiệt nó vượt trội hơn ba lần so với phản ứng hydro clo hóa
olefin. Nó có chiều ngược lại chút ít, nhưng khi giảm nhiệt độ cân bằng
hoàn toàn dịch chuyển về phía phải. Hằng số cân bằng khi tạo VC:
K
cb
(ở 200
o
C) = 8.10
4
K

cb
(ở 300
o
C) = 7.10
2
Quá trình cộng HCl vào axetylen xảy ra liên tiếp tạo VC và 1,1-
dicloetan:
232
CHClCHCHClCHCHCH
HClHCl
 →= →≡
++
Vì vậy hidroclo hóa axetylen được thực hiện khi có xúc tác chọn lọc, nó
làm tăng vận tốc giai đoạn đầu tiên. Xúc tác cho mục đích này là muối Hg
+
và Cu
2+
.
Trong đó, muối Hg
2+
người ta dùng clorua thủy ngân (HgCl
2
) ngoài phản
ứng cơ bản nó còn tăng tốc độ phản ứng hydrat hóa axetylen tạo thành
24
Đồ án môn học SV: Nguyễn Tạ Quang Huy
axetandehyt. Do nguyên nhân này người ta dùng nó cho quá trình pha khí ở
150-200
o
C, khi dùng những chất khô hơn. Tương tự như axetandehyt ( do

tạp chất ẩm không lớn lắm ) và 1,1-dicloetan được tạo thành không quá 1%.
Đối với pha lỏng tốt nhất là dùng muối Cu
2+
vì nó không bị mất hoạt tính
và tăng mức độ của phản ứng cộng nước của axetylen. Xúc tác là dung dịch
CuCl
2
trong HCl có chứa muối clorua amon. Khi có CuCl
2
quá trình phụ
dime hóa axetylen càng tăng và tạo thành vinylaxetylen.
Tác động xúc tác của muối thủy ngân và đồng vào phản ứng hydroclo
hóa được giải thích bằng sự tạo thành những phản ứng phối hợp trong đó
axetylen bị kích hoạt và tác dụng với amoni clo và chất trung gian thu được
trạng thái chuyển đổi với liên kết cacbon hoặc những hợp chất hữu cơ chóng
bị phân giải axit.
Vì sự tạo thành đồng thời ít nhiều của những phức không hoạt động với
HCl
( hoặc anion clo), sự tạo thành của VC trong pha khí được mô tả theo
phương trình động học sau:
2 2
.
1 .
C H HCl
HCl
P P
R K
b P
=
+

Sản phẩm thu được là VC. Nó là một monome quan trọng dùng nhiều để
tổng hợp các vật liệu polime khác. Khi polime hóa có mặt peroxit nó tạo ra
PVC.
II.3.2.1Sản xuất VC từ axetylen theo phương pháp pha lỏng:
Trong pha lỏng người ta tiến hành thổi axetylen và HCl cho qua dung
dịch xúc tác có hòa tan thành phần: Cu
2
Cl
2
23% trọng lượng, NH
4
Cl 16%
trọng lượng có thêm CaCl
2
hòa tan trong axit HCl
%1512
÷
duy trì ở nhiệt
độ
%6560
÷
. Cũng có thể dùng xúc tác Cu có xu hướng làm tăng phản ứng
phụ như trùng hợp trùng hợp axetylen thành vinylaxetylen.
2
2
CHCHCHCCHCH
Cu
=−≡ →≡
+
+

Để ngăn ngừa phản ứng phụ phải dùng HCl đặc để hòa tan muối đồng.
Tác dụng xúc tác của muối đồng và muối thủy ngân được giải thích theo
nhiều quan điểm khác nhau. Một số quan điểm cho rằng muối thủy ngân tác
dụng với axetylen thành hợp chất trung gian. Sau đó hợp chất trung gian bị
phân hủy dưới tác dụng HCl, hoàn nguyên xúc tác cho ta vinylclorua.
222
HgClCHClCHHgClCHCHClHgClCHCH
HCl
+= →−=→+≡
+
25