slide thuyết trình Tiểu Luận Giới thiệu các phương pháp sản xuất polystyrene

Tổng hợp polystyren
Người thực hiện: Phạm Minh Đức
Lớp: KSTN – Hóa dầu – K54
1
Tổng hợp Polystyren
Giới thiệu
Polystyren
Lịch sử phát triển
Tính chất hóa, lý
Ứng dụng
Tình hình sản suất
ở Việt Nam
2
Tổng hợp Polystyren
Phương
pháp sản
xuất
Quá trình sản xuất
Etylbenzen
Quá trình sản xuất
Styren
Quá trình sản xuất
polystyren
3
Giới thiệu Polystyren
Polystyren (PS) thuộc nhóm nhựa nhiệt dẻo bao gồm PE,
PP, PVC.
Năm 1831 Bonastre đã chiết tách ra Styren lần đầu tiên.
Năm 1911 F.E Matherws Filed British đã cho biết điều
kiện nhiệt độ và xúc tác cho quá trình tổng hợp PolyStyren.
Năm 1925 lần đầu tiên Polystyren thương phẩm được sản

xuất ra bởi công ty Naugck Chemical.
4
Tính chất vật lý của PS
Polystyren (PS) là loại nhựa:
•
Cứng trong suốt.
•
Không có mùi vị.
•
Cháy cho ngọn lửa không ổn định.
•
Dễ gia công bằng phương pháp ép.
Tính chất cơ học của PS phụ thuộc vào mức độ trùng
hợp.
PS có trọng lượng phân tử thấp rất dòn và có độ bền kéo
thấp. Trọng lượng phân tử tăng lên thì độ bền cơ về nhiệt
tăng, độ dòn giảm đi.
5
Tính chất vật lý của PS
6
Tính chất hóa hoc của PS
PS hòa tan trong:
•
HC thơm.
•
Dẫn xuất halogen.
•
este, xeton.
PS không hòa tan trong:
•

HC mạch thẳng.
•
rượu thấp.
•
ete, phenol.
•
axit axetic và nước
PS bền vững trong:
•
Dung dịch kiềm.
•
Axit sulfuric, photphoric.
•
Axit clohydric 10 - 36%.
•
Axit acetic 1- 29%
•
axit formic 1-90%
PS không bền trong:
•
Axit nitric đậm đặc.
•
Chất oxy hóa.
7
Ứng dụng
Ứng dụng của PS:
•
Vật liệu cách nhiệt.
•
Vật liệu xây dựng.

•
Vật liệu cách điện.
•
Vật liệu chống va đập, CN điện tử.
•
Vật liệu dân dụng
8
Tình hình sản xuất ở VN
Trước năm 2010, PS chủ yếu nhập khẩu từ Đài Loan:
•
Năm 2010: 21 nghìn tấn.
•
6 tháng đầu năm 2011: 13,3 nghìn tấn.
Công ty TNHH polystyren Việt Nam
•
Khu Công Nghiệp Đông Xuyên, 5 Đường 5, P. Rạch Dừa,
Tp. Vũng Tàu, Bà Rịa-Vũng Tàu.
•
Năm 2010, sản lượng thực tế 1.000 – 1.200 tấn/tháng đáp
ứng được 50%.
•
Từ 11/2012, sản lượng 4.00 – 5000 tấn/tháng đáp ứng được
100%
9
Phương pháp sản xuất PS
Polystyren
Benzen
Styren
Etylbenzen
10

Quá trình sản xuất EB
Tính chất vật lý của Benzen:
Công thức phân tử
C
6
H
6
Phân tử gam
78,1121 g/mol
Bề ngoài
Chất lỏng không màu
Mùi dễ chịu
Nguy hiểm
Dễ cháy
Mùi gây hại cho sức khỏe
Tỷ trọng
0,8786 g/cm³, chất lỏng
Điểm nóng chảy
5,5 °C (278,6 K)
Điểm sôi
80,1 °C (353,2 K)
Độ hòa tan trongnước
1,79 g/L (25 °C)
Độ nhớt
0,652 cP ở 20 °C
Mômen lưỡng cực
0 D
11
Quá trình sản xuất EB
Tính chất vật lý của Ethylen:

Công thức phân tử
C
2
H
4
Phân tử gam 28.05 g/mol
Bề ngoài Khí không màu
Tỷ trọng 1.178 kg/m
3
at 15 °C, khí
Điểm nóng chảy −169.2 °C (104.0 K, -272.6 °F)
Điểm sôi −103.7 °C (169.5 K, -154.7 °F)
Độ hòa tan trong nước 3.5 mg/100 mL (17 °C)
Độ hòa tan trong Ethanol 4.22 mg/L
Độ hòa tan trong diethyl ether Tốt
Độ axit ( pKa) 44
12
Quá trình sản xuất EB
Tính chất hóa học của Benzen:
Phản ứng thế :
C
6
H
5
– H + Br
2
→ C
6
H
5

– Br + HBr
C
6
H
5
– H + HNO
3
(đặc) → C
6
H
5
– NO
2
+ H
2
O
Phản ứng cộng :
C
6
H
6
+ H
2
→ C
6
H
12
C
6
H

6
+ 3 Cl
2
→ C
6
H
6
Cl
6
C
6
H
6
+ C
2
H
4
→

C
6
H
5
C
2
H
5
Phản ứng oxi hóa hoàn toàn :
C
n

H
2n – 6
+ O
2
→ n CO
2
+ (n – 3)H
2
O
đặc biệt có sinh ra nguội than.
13
Quá trình sản xuất EB
Tính chất hóa học của Ethylen:
Phản ứng cộng: CH
2
=CH
2
+ Cl
2
→ CH
2
Cl= CH
2
Cl
Phản ứng oxy hóa: CH
2
=CH
2
+ 1/2O
2

→ CH
2
-CH
2


Cacbonyl và oxy hóa : CH
2
=CH
2
+ CO + ½ O
2
→ CH
2
=CH-COOH
Phản ứng với axit axetic và oxy :
Ethylene + acetic acid + 1/2 O
2
→ Vinyl acetate + H
2
O
Phản ứng với benzen tạo thành ethylbenzene.
Phản ứng trùng hợp: tạo polyethylene (PE), trùng hợp với Propylen tạo EP…
14
Quá trình sản xuất EB
15
Tổng hợp etylbenzen bằng phương pháp alkyl hóa là một
quá trình thuận nghịch tỏa nhiệt ( ∆H= -114 kJ/mol).
Quá trình sẽ xảy ra thuận lợi ở điều kiện áp suất cao và
nhiệt độ thấp.

Để thúc đẩy quá trình chuyển hóa, các hệ xúc tác thường
được sử dụng:
•
Dạng huyền phù hoặc trong pha phân tán ( axit Lewis AlCl
3
).
•
Dạng xúc tác axit rắn mang trên chất mang ( oxy silic-oxyt nhôm,
H
3
PO
4
/kizengua, BF
3
/Al
2
O
3
biến tính).
•
Dạng zeolite ZSM-5, zeolite Y, zeolite beta, EBZ-500
TM
.
Quá trình sản xuất EB
Các công nghệ để sản xuất EB hiện nay:
•
Alkyl hóa trong pha lỏng sử dụng xúc tác AlCl
3
.
•

Alkyl hóa trong pha lỏng sử dụng xúc tác zeolite.
•
Alkyl hóa trong pha hơi sử dụng xúc tác zeolite.
•
Alkyl hóa trong hỗn hợp pha lỏng và hơi sử dụng xúc tác
zeolite.
•
Tách từ hỗn hợp C
8
.
16
Quá trình sản xuất EB
Alkyl hóa trong pha lỏng sử dụng xúc tác AlCl
3
17
Thương mại
hóa năm
1930
1MPa
160 – 180
o
C
Ăn mòn cao
Xúc tác:
25 – 30% Kl AlCl
3
45 – 50% Kl benzen/etylbenzen
25% HC phân tử lượng lớn
Quá trình sản xuất EB
Alkyl hóa trong pha lỏng sử dụng xúc tác zeolite

•
Zeolite có bề mặt riêng lớn do đó có khả năng hấp phụ cao.
•
Có thể điều chỉnh được lực axit và nồng độ tâm axit trong zeolite.
•
Kích thức của các mao quản kích cỡ từ 5 – 12A
o.
•
Zeolite là vật liệu tương đối bền nhiệt và bền thủy nhiệt.
•
Dễ tạo ra những loại zeolite mới.
18
Quá trình sản xuất EB
Alkyl hóa trong pha lỏng sử dụng xúc tác zeolite
19
Lummus/UOP EBOne
TM

Đi vào sản xuất năm
1996 và có 12 nhà
máy đang hoạt động
120 – 150
o
C
170 – 180
o
C
3,5 MPa
200 – 210
o

C
3,5 MPa.
Năng suất EB cao (99,6 + wt%).
EB sản phẩm tinh khiết cao (99,9%, không thể phát hiện được
Xylen)
Thép chống ăn mòn không dùng trong quá trình
Chất xúc tác ổn định lâu dài cho chi phí sản xuất thấp hơn.
Tỷ lệ benzen và polyethylbenzene tái chế thấp hơn.
zeolite EBZ – 500
TM
Quá trình sản xuất EB
.
Alkyl hóa trong pha hơi sử dụng xúc tác zeolite
20
Thương mại hóa
năm 1970 bởi
Mobil - Badger
zeolite
ZSM – 5
400 – 450
o
C
1 – 3 MPa
Quá trình sản xuất EB
.
Alkyl hóa trong hỗn hợp pha lỏng và hơi sử dụng xúc tác
zeolite
21
Có 3 nhà máy
đang hoạt động và

bắt đầu năm 1999
Được phát triển
bởi CDTech
Quá trình sản xuất EB
•
Ít hơn 1% ethylbenzene trên toàn thế giới từ sản phẩm của.
•
EB sản xuất từ các nguồn này được thực hiện chủ yếu bằng cách
chưng cất (superfractionation) .
•
Nó lần đầu tiên được thực hiện bởi Công ty Cosden oil &
Chemical năm 1957 và sử dụng công nghệ được phát triển bởi
Công ty Badger.
•
Việc tách thường đòi hỏi ba cột chưng cất trong loạt, mỗi cột có
hơn 100 đĩa.
→Tuy nhiên, gia tăng chi phí năng lượng và vốn đầu tư cao đã
làm cho phương pháp này không cạnh tranh.
Tách từ hỗn hợp C
8
22
Quá trình sản xuất EB
Từ những giới thiệu trên ta thấy nổi bật 2 công nghệ:
•
Alkyl hóa trong pha lỏng sử dụng xúc tác zeolite.
•
Alkyl hóa trong pha hơi sử dụng xúc tác zeolite.
Hai công nghệ này thì pha lỏng có tính vượt trội hơn:
•
Điều kiện làm việc mềm hơn.

•
Khi làm việc ở pha lỏng không cần hóa hơi.
•
Hoạt động ở pha hơi thì kích thước thiết bị phản ứng sẽ lớn hơn.
Công nghệ pha lỏng sử dụng zeolite để sản xuất
EB từ benzen.
23
Quá trình sản xuất EB
Các phản ứng của quá trình alkyl hóa trong pha lỏng sử
dụng xúc tác zeolite.
Cơ chế phản ứng
24
Quá trình sản xuất EB
Phản ứng chính
25