ĐỒ ÁN MÔN HỌC-CHƯƠNG 1 TÍNH CHẤT CỦA NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM

Đồ án môn học
GVHD: Đỗ Thị Diễm Thúy

SVTH: Trần Thanh Lệ Trang 1

LI M U
Vinyl clorua u tiờn c sn xut vo nm 1835 bi Justus Volt Liebig v sinh viờn
ca ụng l Henry. H thu c nú bng vic thc hin clorua kộp etylen theo phng
phỏp ca Hydroxit kali trong etanol.
Vo nm 1912, mt nh bỏc hc c l Frans, lm vic cho Griesheim-Elektron ó
c cp bng sang ch v mt phng phỏp sn xut vinyl clorua t axetylen v
hidroclorua s dng thy ngõn II clorua nh mt cht xỳc tỏc. Phng phỏp ny c
s dng rng rói trong nhng nm 1930 n 1940.
ng dng ca nú ngy cng c s dng rng rói. Do ú ngnh cụng nghip v vt
liu polime cng c phỏt trin. Vinyl clorua cú cụng thc húa hc l: CH
2
=CHCl.
cho ngnh cụng nghip ny tn ti v phỏt trin hn cn phi nghiờn cu v sn
xut ra ngun nguyờn liu cn cung cỏp cho nú l rt quan trng, cho nờn vic iu ch
Vinyl clorua ó to ra mt bc chuyn ln trong cụng nghip húa cht.
Vinyl clorua ng dng trong cụng nghip ch yu c dựng lm monomer trong quỏ
trỡnh polime húa tng hp thnh polivinylclorua (PVC), khong 95% tng hp
vinylclorua dựng tng hp PVC v cỏc polime khỏc. PVC l cht do cú nhiu tớnh
cht m ta mong mun nh n nh húa hc cao, ớt b n mũn (ớt b phỏ hy bi cỏc
axit mnh nh H
2
SO
4
, HCl), cú kh nng co gión v bn tng i ln, cỏch in
tt khụng thm nc, khụng b phỏ hy khi tip xỳc vi nc v cú mt s tớnh nng
u vit khỏc. Do cú nhng tớnh nng u vit nh vy nờn PVC c dựng sn xut

cỏc loi ng dn cỏc cht húa hc, lm vt liu lút bờn trong cỏc thit b húa hc lm
vic nhit thp thay th thộp khụng r v cỏc hp cht t tin. Nha PVC cũn
c s dng trong nhiu ngnh cụng nghip khỏc nh: cụng nghip in (sn xut
cỏc loi dõy bc), trong xõy dng, trong ngnh sn xut da nhõn to Do mang nhiu
c tớnh tt nh vy nờn nhu cu s dng nha PVC ca nhiu ngnh cụng nghip tng
lờn mt cỏch nhanh chúng kộo theo ú l s phỏt trin v cụng nghip tng hp PVC.
Cụng ngh sn xut VC cng ó cú nhiu phỏt trin. Hin nay ó cú nhiu cụng ngh
sn xut VC t nhng ngun nguyờn liu khỏc nhau hoc t mt ngun nguyờn liu cú
Đồ án môn học
GVHD: Đỗ Thị Diễm Thúy

SVTH: Trần Thanh Lệ Trang 2

th cú nhiu cụng ngh khỏc nhau. Vn t ra l phi tỡm xem cụng ngh no l phự
hp nht m bo xõy dng mt phõn xng sn xut VC t c c v cht
lng cng nh s lng sn phm. Cú nh th mi thu c hiu qu kinh t cao
nht.

Đồ án môn học
GVHD: Đỗ Thị Diễm Thúy

SVTH: Trần Thanh Lệ Trang 3


Phn I : TNG QUAN
CHNG 1 : TNH CHT CA NGUYấN LIU V SN PHM
1.1. Tớnh cht ca nguyờn liu:
1.1.1. Tớnh cht ca axetylen:
Axetylen cú tm quan trng to ln nht trong s cỏc hidrocacbon cha mt liờn kt
ba. ú l cht khớ khụng mu, khụng mựi, khụng c, d bt chỏy.Tuy nhiờn trong
thc t axetylen cú mựi ti do s cú mt ca cỏc tp cht. Nú cú kh nng hũa tan
trong axeton, etanol, nc v rt nhiu dung mụi phõn cc. Khi chỏy, axetylen to
ngn la núng v cú mui. õy l mt hp cht khụng bn, cú th phõn hy n khi
ỏp sut riờng phn ca nú trong hn hp vt quỏ 0,14 MPa. Trong s tt c cỏc
hidrocacbon, axetylen l hp cht c hỡnh thnh t phn ng thu nhit ln nht.
Sau õy l mt s thụng s k thut ca axetylen.
Trng lng riờng (0
o
C, P = 760 mmHg): d = 1,17kg/m
3
.
Khi lng phõn t: 26,04 vC.
Nhit núng chy: -80,85

o
C .
Nhit chuyn tinh th: -140,15
o
C.
Gii hn n trong khụng khớ: di(2,5% th tớch), trờn(81,5% th tớch).
T trng hi (khụng khớ = 1): 0,91.
Nhit ngng t: -83,8
o
C.
Nhit thng hoa: 21,59 Kj/mol.
Nhit dung riờng phõn t: Cp = 0,402 kJ/kg.
1.1.1.1. Tớnh cht vt lý:
Axetylen l hidrocacbon khụng no, cú liờn kt ba trong phõn t do ú kh nng
hot ng húa hc cao. Liờn kt ba phõn t axetylen to thnh do liờn kt v .
Khi tham gia cỏc phn ng húa hc, liờn kt ba trong phõn t b phỏ v to
thnh liờn kt ụi hoc cỏc hp cht bóo hũa. Axetylen cú kh nng tham gia phn
Đồ án môn học
GVHD: Đỗ Thị Diễm Thúy

SVTH: Trần Thanh Lệ Trang 4

ng th, cng, oxi húa, trựng hp. Vỡ vy t axetylen cú th tng hp cỏc sn
phm khỏc nhau cú th ng dng trong cụng nghip v i sng.
1.1.1.2. Tớnh cht húa hc:
a. Phn ng th:
Nguyờn t hidro ca axetylen th hin tớnh axit cú kh nng tham gia phn
ng th vi kim loi kim: Cu, Ag, Ni, Co, Zn to thnh axetylenit kim loi
rt d n.

2 2 2 2 2
2Me C H Me C H
( Me l kim loi kim)

2
2
Na
HC CH NaC CNa H




2
2
Cu
HC CH Cu C C Cu H



Axetylen tỏc dng vi amit ca kim loi kim v kim th trong ammoniac
lng:

23
HC CH MeNH MeC CH NH

b. Phn ng cng hp:
Cng vi hydro xỳc tỏc Pd ỏp sut 1at v 250- 300
o
C.

2 2 2
, 41,7 / .
Pd
HC CH H CH CH H Kcal mol

Cng hydro vi xỳc tỏc Ni v nhit :
2 3 3
2
o
Ni
t
HC CH H CH CH

Phn ng cng vi nc khi cú xỳc tỏc HgSO4 75
o
C 100
o
C to ra
axetadehyt:
23
, 38,8 /
Hg
HC CH H O CH CHO H kcal mol



Cũn khi cú oxit km v oxit st 360
o
C 480
o

C, axetylen tỏc dng vi hi nc to
thnh axeton:

2 3 3 2 2
2 3 2
ZnO
HC CH H O CH COCH CO H

Đồ án môn học
GVHD: Đỗ Thị Diễm Thúy

SVTH: Trần Thanh Lệ Trang 5

Axetylen tỏc dng vi ru 160 180
o
C, ỏp sut P = 420 at v cú KOH to thnh
Vinylete:

2
OR
KOH
HC CH ROH CH CH

Axetylen tỏc dng vi mercaptan cú xỳc tỏc to ra Vinyltroete:

2
HC CH RSH CH CH SH

Axetylen tỏc dng vi CO v H
2

(cacbonyl húa) vi xỳc tỏc l Ni(CO)
4
to ra axit
acrylic:

22
OOHC CH CO H O CH CH C H

Cng vi mui halogen to hp cht cú ng phõn cis, trans:

Cng vi halogen:

2
2 2 2
Br
HC CH Br CHBr CHBr CHBr CHBr



Ngoi ra axetylen cũn phn ng cng vi nhiu axit vụ c v hu c to thnh cỏc
vinyl cú giỏ tr trong cụng nghip.
Cng vi HCl, phn ng trong pha hi 150180
o
C cú xỳc tỏc HgCl
2
than hot tớnh,
cũn trong pha lng dựng xỳc tỏc CuCl
2
thu c VC:

2
HC CH HCl CH CH Cl

Cng vi H
2
SO
4
to thnh Vinylsunfua:

2 4 2 3
HC CH H SO CH CH O SO H

Đồ án môn học
GVHD: Đỗ Thị Diễm Thúy

SVTH: Trần Thanh Lệ Trang 6

nhit 80
O
C cú CuCl
2
v NH
4
Cl lm xỳc tỏc, axetylen tỏc dng vi HCN to thnh
acrylonitrin:
2
HC CH HCN CH CH CN

Tỏc dng vi axit axờtic 180200
o

C pha hi l xỳc tỏc axetat Zn trờn than hot
tớnh hoc Cd trờn than hot tớnh hoc Hg trờn than hot tớnh to thnh Vinylaxetat:

3 2 3
OCOHC CH CH COOH CH CH CH

Axetylen tỏc dng vi ru:

2
HC CH ROH RO HC CH

Axetylen tỏc dng vi axit amin:

22
HC CH RCO NH RCO NH CH CH

c. Phn ng trựng hp ca axetylen:
Phn ng dime húa trong mụi trng HCl to thnh vinylaxetylen:

,80
2
2
o
xt C
CH CH H C CH C CH

nhit 600
o
C trờn than hot tớnh axetylen trựng hp to thnh benzen:

66
3CH CH C H

1.1.2. Cỏc phng phỏp iu ch axetylen:
Trong cụng nghip axetylen ch yu c sn xut theo hai hng chớnh l: t
than ỏ v khớ t nhiờn, khớ ng hnh. Nc ta do iu kin sn cú than ỏ, khớ t
nhiờn, khớ ng hnh nờn cú th ỏp dng c c hai phng phỏp trờn.
1.1.2.1. Sn xut axetylen t than ỏ-Quỏ trỡnh cacbua canxi:
Theo phng phỏp ny, vụi (oxyt canxi) s b kh bi cacbon (than cc hoc
antraxit) trong lũ in nhit 22002300
o
C. Phn ng xy ra nh sau:

2 298
3 465 /
o
CaO C CaC CO H kJ mol

Đồ án môn học
GVHD: Đỗ Thị Diễm Thúy

SVTH: Trần Thanh Lệ Trang 7

Cacbua canxi hỡnh thnh tip tc c phõn hy thnh axetylen:

2 2 2 2 2 298
2 ( ) , 139 /
o
CaC H O C H Ca OH H kJ mol

Quỏ trỡnh hp nc ca CaC
2
trong cỏc thit b cũn c gi l quỏ trỡnh tỏi
sinh axetylen. Theo nguyờn tc ca s thoỏt nhit, nú chia ra lm hai loi:
+ Thit b tỏi sinh loi t: l loi thit b m nhit ca phn ng c gii phúng bng
nc d un núng lờn 50-60
o
C. Nú ch yu c s dng sn xut axetylen hũa
tan. Chỳng gm cỏc h thng th cacbua canxi vo nc (h cacbua canxi nc),
phun nc vo cacbua canxi (h nc cacbua canxi) v tip xỳc (nhỳng ngp cacbua
canxi trong nc).
+ Thit b tỏi sinh loi khụ: l loi thit b trong ú nhit phn ng c ly ra do mt
khi lng nc d nh s húa hi ca nú. Ca(OH)
2
thu c dng khụ (vụi tụi) v
nú c s dng ch bin vt liu xõy dng.
Cacbon s dng trong quỏ trỡnh ny cú th l cc hoc nguyờn liu s dng thng cú
ln cỏc tp cht nh MgO, hp cht S, P, Al, Fe do ú xy ra cỏc phn ng.

2
3MgO C MgC CO


3 4 2 3 2
( ) 8 8Ca PO C Ca P CO

Cỏc tp cht ny khú tỏch ra khi hn hp phn ng, ch cú th tỏch ra mt phn.
Chớnh vỡ vy m axetylen luụn cú ln mt lng hp cht nh: PH
3
, NH

3
, SiH
2
,
CH
4
, H
2
, CO
2
, CO. Lng tp cht ny khụng cú li cho vic s dng axetylen
iu ch VC. Do ú axetylen to ra phi tri qua giai on lm sch cú th dựng
anhydrite cromic trờn t nung hoc dựng nc javen lm sch. Sau ú
axetylen thnh phn c ra bng kim trung hũa axit v sy khụ bng H
2
SO
4

hoc CaCl
2
.
T metan:

400 600
4 2 2 2
23
o
C
Ni
CH C H H

Oxi húa Metan:


1500
4 2 2 2 2 2
4 2 2 4
o
C
CH O C H CO H

Đồ án môn học
GVHD: Đỗ Thị Diễm Thúy

SVTH: Trần Thanh Lệ Trang 8

Axetylen sn xut theo phng phỏp cacbuacanxi chi phớ nng lng in tiờu tn
v vn u t ln. Vỡ th ngy nay axetylen ch yu c sn xut bng nhit
phõn hydrocacbon, quỏ trỡnh xy ra mt giai on cho phộp tng hp axetylen vi
vn u t v chi phớ nng lng ớt hn. Axetylen sn xut c sch hn nhng
cú nng loóng.
1.1.2.2. Sn xut axetylen t khớ thiờn nhiờn v khớ ng hnh:
Trc chin tranh th gii th hai, sn xut axetylen ngi ta ch yu dựng
nguyờn liu CaC
2
. Trong thi gian gn õy, cỏc nh nghiờn cu ch bt u
nghiờn cu trong cỏc phũng thớ nghim vi mc ớch xỏc nh iu kin bin
i ca hydrocacbon paraffin thnh axetylen. Trong khi ú quỏ trỡnh cracking

nhit v nhit phõn hydrocacbon sn xut olefin ó phỏt trin trong cụng
nghip. Nh tớch ly c kinh nghim c v lớ thuyt ln thc t ca cụng
nghip nhit phõn, cho phộp phỏt trin v thit k cỏc thit b u tiờn sn
xut axetylen t CH
4
v nhng paraffin khỏc bng cỏch nhit phõn nhit
cao theo phn ng thun nghch sau:

4 2 2 2 298
2 3 , 87,97 /
o
CH C H H H kcal kg


2 6 2 2 2
2C H C H H

Cỏc phn ng ny u l cỏc phn ng thu nhit v phn ng tng th tớch, cõn
bng ca chỳng ch dch chuyn v phớa phi khi nhit khong 100300
o
C.
Trong thc t vi mc ớch tng vn tc phn ng cn nhit ln hn
1501600
o
C i vi CH
4
v 1200
o
C i vi hydrocacbon lng, khi nhit phõn parafin,
phn ng to thnh axetylen cú c ch chui gc, trong chui chuyn húa CH

4
v
C
2
H
6
cú th c trỡnh by nh sau:
Trong khớ thu c, ngoi nhng paraffin v olefin phõn t thp cũn mt lng
Đồ án môn học
GVHD: Đỗ Thị Diễm Thúy

SVTH: Trần Thanh Lệ Trang 9

khụng ln benzene, nhúm axetylen-metyaxetylen (CH
3
-CH
2
-CH3) Ch bin
axetylen bng phng phỏp ny tng i phc tp do xy ra cỏc phn ng ph
ch yu l phõn hy C
2
H
2
thnh C v H
2
. Phn ng ny mónh lit 1000
o
C v t
tc ln 12001600
o

C ngha l khi t nhit yờu cu cú c C
2
H
2
. Kt
qu axetylen to thnh b phõn hy thnh H
2
v C (mui than).

2
3
4 2 2 2
22
H
CH C H C H



Ngoi ra trong quỏ trỡnh cũn xy ra nhng phn ng khụng mong mun cng to
thnh C v H
2
nh phn ng:

2
2
2
2 4 2 4 2
2 6 2
4
2 2 2

23
H
CH C H
C H C H C H
C H C H





Cng nh cỏc trng hp khỏc, vic iu chnh hiu sut sn phm trung gian cú
th t c nh s gim mc chuyn húa hydrocacbon ban u bng cỏch rỳt
ngn thi gian phn ng. Hiu sut axetylen cao nht khi s cc húa xy ra vi
mc chuyn húa hydrocacbon ban u l 150
o
C v thi gian lu trong vựng
phn ng l 0,01 giõy.
C ch ca quỏ trỡnh:
Khi ch bin nhit hydrocacbon khớ hay phõn on du, chỳng ta hiu phn no
c cu bin i nhit ca hydrocacbon khỏc nhau trong nguyờn liu nhng iu
kin nhit va phi (700 800
o
C), trong ú phn ng to thnh C
2
H
2
li tin
hnh nhit cao (trờn 1000
o
C) v c cu cng cha c nghiờn cu c th,

vỡ th cha cú mt lớ thuyt thng nht v s to thnh C
2
H
2
khi phõn hy nhit
hydrocacbon trong khong 1100 1500
o
C. Tuy nhiờn nhng nghiờn cu cho
phộp gi thuyt i n s thay i c cu cracking khi chuyn húa nhit
cao lm chm cỏc phn ng phỏt trin mch theo c cu gc t do v lm tng
tc ca quỏ trỡnh phõn hy kh cu trỳc phõn t. Cỏc phn ng bc hai to
thnh cỏc sn phm ngng t v to cc xy ra trong khong 900 1000
o
C,
song nhit cao li quan sỏt thy phn ng phõn hy to thnh hydro, mui,
cacbon t núng n 1500 1700
o
C ( cỏc sn phm c to ra nhanh chúng
tỏch khi mụi trng phn ng ) thy rng cỏc sn phm bc mt ca s bin
i l Etan. iu ú phự hp vi c cu c gii thớch bi c cu Kasale nh
sau:
Đồ án môn học
GVHD: Đỗ Thị Diễm Thúy

SVTH: Trần Thanh Lệ Trang 10


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






Túm li, nc ta do cú cỏc m khớ vi tr lng ln v thnh phn ca khớ thu
c hu ht l paraffin nờn hiu sut chuyn húa cao. Vỡ vy vic phỏt trin
sn xut axetylen t khớ thiờn nhiờn v khớ ng hnh cú trin vng rt ln.
1.1.2.3. So sỏnh hai phng phỏp sn xut Axetylen:
Quỏ trỡnh sn xut Axetylen t hydrocacbon l quỏ trỡnh xy ra theo mt giai
on, cn vn u t v nng lng ớt hn nhng axetylen thu c loóng cn
cú h thng tỏch v lm lnh phc tp. Cũn i vi quỏ trỡnh sn xut axetylen
t cacbua canxi thỡ chi phớ nng lng ln ( cho vic thu c CaC
2
) v vn
u t cho sn xut ln, vic vn chuyn ỏ khụng tin, iu kin lm vic
nh mỏy rt nng nhc. Tuy nhiờn quỏ trỡnh ny cú u im ln l axetylen
thu c m c cú sch cao ( 99,9% ) , cú th dựng cho bt c quỏ trỡnh
tng hp no. Ngoi ra nguyờn liu s dng cho quỏ trỡnh da trờn ngun

nguyờn liu than ỏ rt di do v rt phự hp vi iu kin ca nc ta.
Chớnh vỡ vy sn xut axetylen t than ỏ, ỏ vụi l hng chớnh cung cp
nguyờn liu cho VC.
1.2. Tớnh cht ca axit HCl:
1.2.1. Tớnh cht vt lớ:
Hydro clorua l mt cht khớ khụng mu, mựi hc gõy kớch thớch niờm mc, rt
c. Trong khụng khớ m, HCl kt hp vi hi nc to khúi, HCl tan mnh trong
nc, nú dng khan khụng n mũn kim loi, l mt khớ bn nhit ch b phõn hy
nh nhit trờn 1500
o
C.
T trng d = 1,35g/cm
3
.
Trng lng phõn t: M = 35,5 kg/kmol.
Nng ln nht ca dung dch HCl l: 35%.
1.2.2. Tớnh cht húa hc:
Đồ án môn học
GVHD: Đỗ Thị Diễm Thúy

SVTH: Trần Thanh Lệ Trang 11

HCl l mt axit vụ hu c in hỡnh. Khi hũa tan trong nc nú in ly hon ton:

2
3HCl H O H O Cl



- Tỏc dng vi kim v kim loi:

2
22
2
HCl NaOH NaCl H O
HCl Zn ZnCl H



- Tỏc dng vi mui:

3 2 2 2
2CaCO HCl CaCl H O CO

- Ngoi ra HCl cũn phn ng c vi nhiu hp cht hu c.

2
2 2 3 2
HCl CH CH CH CH Cl
HCl CH CH CH CH Cl



1.2.3. Cỏc phng phỏp sn xut axit HCl:
- Tronh phũng thớ nghim:
T NaCl rn v dung dch H
2
SO
4

c:

200
2 4 4
200
2 4 2
2 4 2
o
o
tC
tC
NaCl H SO NaHSO HCl
NaCl H SO Na SO HCl





- Trong cụng nghip:
Ngi ta tin hnh tng hp HCl t nguyờn liu ban u l H
2
v Cl
2
:

22
ỏỏ
2
o
tC

nh s ng
H Cl HCl




1.3. Tớnh cht ca sn phm VC:
1.3.1. Tớnh cht vt lớ:
VC cú cựng cụng thc phõn t C
2
H
3
Cl.
Cỏc tờn gi: Vinyl clorua, Cloruaetylen, Etylen monoclorua, VC, VCM,
Cloroeten, Monocloroeten, Monocloroetylen,
Đồ án môn học
GVHD: Đỗ Thị Diễm Thúy

SVTH: Trần Thanh Lệ Trang 12

iu kin nhit v ỏp sut thng VC l cht khớ khụng mu, cú mựi
ete nh. VC rt d bt la, cú im bc chỏy thp do ú d to hn hp n
vi oxi khụng khớ. Nú ớt tan trong nc, ch yu tan trong cỏc dung mụi
hu c nh: axeton, ru etylic, hydrocacbon thm Nú cú tớnh gõy mờ
nh ete, tuy nhiờn c hi ca nú khụng cao bng CCl
4
.
+ Trng lng phõn t: M = 62,5 kg/kmol.
+ Nhit úng rn: -153,7
o

C.
+ Nhit ngng t: -13,9
o
C nờn rt khú húa lng.
+ Nhit ti hn: 142
o
C
+ Nhit bc chỏy: 415
o
C
+ Nhit núng chy: -153,8
o
C
+ Nhit bc hi 25
o
C: 78,5 Kcal/kg
+ Trng lng riờng: 0,969 g/cm
3

+ Nhit to thnh: -83 8 Kcal/kg
+ Nhit trựng hp:-366 5 Kcal/kg
+ Nhit dung riờng ca VC lng 25
o
C: 0,83 Kcal/kg.
+ Nhit dung riờng ca VC hi 25
o
C: Cp = 0,207 Kcal/kg.
+ H s khỳc x ca VC lng: n
o
= 1,83.

+ T trng d
20
4
: 0,9834.
1.3.2. Tớnh cht húa hc:
- VC cú cụng thc húa hc: CH
2
=CHCl.
- Cụng thc cu to ca VC:

Đồ án môn học
GVHD: Đỗ Thị Diễm Thúy

SVTH: Trần Thanh Lệ Trang 13

Do cú cha liờn kt ụi v nguyờn t clo linh ng (Cl cú õm in ln) nờn cỏc
phn ng húa hc ca VC l phn ng ca liờn kt ụi v phn ng ca nguyờn t
clo linh ng.
VC khụng tan trong nc, tan trong cỏc dung mụi hu c nh axeton, ru etylic,
hydrocacbon thm, hydrocacbon mch thng.
Trong phõn t VC cú mt liờn kt ni ụi v mt nguyờn t clo linh ng, do ú
phn ng húa hc ch yu l phn ng kt hp hoc phn ng ca nguyờn t clo
trong phõn t VC.
Sau õy ta xem xột cỏc phn ng m VC cú kh nng tham gia:
1.3.2.1. Phn ng ni ụi:
Phn ng cng hp:
Tỏc dng vi halogen cho ta 1,2 dicloetan iu kin nhit 140150
o
C v
cú chiu sang xỳc tỏc l SbCl

3
.
Khi cú xỳc tỏc AlCl
3
, FeCl
3
thỡ VC phn ng vi HCl.

2 2 2
CH CHCl HCl CH Cl CH Cl

Vi H
2
:

2 2 3 2
CH CHCl H CH CH Cl

Phn ng oxi húa VC nhit 50150
o
C cú mt HCl d dng to ra
monoxetandehit:

2 2 2
1
2
CH CHCl O Cl CH CHO

Do phõn t cú cha ni ụi nờn VC cú th tham gia phn ng trựng hp to
PVC, mt sn phm quan trng.

1.3.2.2. Phn ng ca nguyờn t Clo:
Đồ án môn học
GVHD: Đỗ Thị Diễm Thúy

SVTH: Trần Thanh Lệ Trang 14

Thy phõn:
Khi un núng vi kim, HCl b tỏch ra khi VC cho ta axetylen.

22
2
NaOH
CH CHCl CH CH NaCl H O



Tỏc dng vi ancolat hoc phenolat cho ta este VC:

22
ORCH CHCl RONa CH CH NaCl

To hp cht c kim:

22
CH CHCl Mg CH CH Mg Cl

VC trong iu kin khụng cú khụng khớ 450
o
C cú th phõn hy to thnh axetylen v

HCl, do phn ng dime húa axetylen cú th phn ng tip tc to ra mt lng nh 2-
Clo-1,3-butandien. Cũn trong iu kin cú khụng khớ VC b oxi húa hon ton to
thnh CO
2
v HCl.
1.4. ng dng ca VC
1.4.1. Trựng hp ca vinylclorua (VC) to poly vinylclorua (PVC):
Phng trỡnh phn ng:

Poly vinylclorua (PVC) l mt cht do mang nhiu tớnh cht tt nh: cú n
nh húa hc cao, ớt b n mũn bi axit (H
2
SO
4
, HCl), cú kh nng co gión,
bn tng i ln, cú tớnh cỏch in, khụng thm nc v khụng b phỏ hy khi
gp nc nhng li d nhum. Do cú nhiu c tớnh tt nờn PVC c s dng
sn xut cỏc loi ng dn, bn cha cỏc cht húa hc. Lm vt liu lút trong cỏc
thit b húa hc lm vic nhit thp, trụng mụi trng n mũn thay th
thộp khụng g v hp kim.
Đồ án môn học
GVHD: Đỗ Thị Diễm Thúy

SVTH: Trần Thanh Lệ Trang 15

Trong cụng nghip in, nha PVC c s dng lm v cỏch in, cỏc dng
c cho vụ tuyn in. Trong xõy dng, nha PVC c s dng ch to tm
lp nh, lỏt sn tng cỏch õm, cỏc dng c gia ỡnh, ng dn nc sinh hot v
cỏc loi bao tỳi ng , ỏo ma
1.4.2. ng trựng hp vi cỏc monome khỏc:

VC cũn cú kh nng tham gia ng trựng hp mt s monomer khỏc nh: vinyl
axetat (VA), acryl nitril to thnh cỏc polyme cú giỏ tr cao. Ngoi ra VC cũn
dựng sn xut mt s loi si tng hp cú tớnh cht tt v sn xut mt s
loi sn chu n mũn.
1.5. nh hng ca VC ti sc khe con ngi v mụi trng:
1.5.1. i vi sc khe con ngi:
Cụng nhõn trong cỏc khu cụng nghip s dng hoc sn xut VC cú nhng ri
ro khi tip xỳc vi nú. Ngi s dng cú th b nh hng VC qua khụng khớ
trong cỏc sn phm v trong quỏ trỡnh s dng sn phm, trong cỏc cht thi
cha VC hoc quỏ trỡnh clo húa khỏc. VC xõm nhp vo c th con ngi qua
khụng khớ v ngun nc bn m con ngi s dng.
Khi hớt phi mt lng ln VC d dn n hụn mờ, nh hng c quan hụ hp,
to ra s bin i ln trong c th v dn ti t vong. mc thp, dn ti
triu chng nhc u, hoa mt chúng mt. nh hng trong thi gian di cú th
l nguyờn nhõn gõy bt lc, ri lon tim mch v nhng vn khỏc nh hng
ti s sng. Vin nghiờn cu ung th th gii ó phõn loi VC nh l mt cht
gõy ung th ngi, d trờn c s biu hin bnh c ngi v ng vt.
1.5.2. i vi mụi trng:
VC xõm nhp vo khụng khớ trong sut quỏ trỡnh sn xut v s dng. trong
khụng khớ nú s phỏ v cỏc liờn kt húa hc khỏc nh formyl clorua v
formaldehyl trong hai ti ba ngy. Mc dự hu ht VC lan ta trong khụng khớ,
khi phỏt ra t t nú cng s bc hi hoc ngm vo trong nc cỏc mch nc
ngm. Nú s nhanh chúng bc hi nu lng hi nc tip xỳc vi nú ớt. trờn b
mt nc nú cú th khụng b vi khun phõn hy v tn ti trong nhiu thỏng ti
nhiu nm.
Đồ án môn học
GVHD: Đỗ Thị Diễm Thúy

SVTH: Trần Thanh Lệ Trang 16

1.5.3. Bo qun VC:
Trc õy, VC c bo qun v vn chuyn vi s cú mt ca mt lng nh
phenol c ch phn ng polyme húa. Ngy nay VC c sn xut vi tinh
khit cao v khụng cn cht c ch, trong bo qun ng thi do c lm sch
nc VC khụng gõy n mũn cú th c bo qun trong cỏc thựng thộp cacbon
thng.













CHNG 2: CC CễNG NGH SN XUT VINYL CLORUA
Cỏc quỏ trỡnh chớnh trong cụng nghip sn xut VC bao gm:
- Sn xut VC t EDC.
- Sn xut VC bng cỏc quỏ trỡnh liờn hp.
- Sn xut VC t axetylen.
2.1. Sn xut VC bng phng phỏp cracking EDC:
2.1.1. C s ca phng phỏp:
Quỏ trỡnh c tin hnh da trờn phn ng phõn hy thu nhit sau:

2 2 2 298
, 70 /

o
CH Cl CH Cl CH CHCl HCl H kJ mol

Đồ án môn học
GVHD: Đỗ Thị Diễm Thúy

SVTH: Trần Thanh Lệ Trang 17

Phn ng bt u xy ra 300
o
C, ỏp sut khớ quyn, nhng phn ng t c tc
cao 400500
o
C.
Quỏ trỡnh nhit phõn l quỏ trỡnh phn ng xy ra theo c ch chui gc gm 3 giai
on: Khi mo, phỏt trin mch v t mch.
a. Khi mo:

2 2 2 2
**ClCH CH Cl ClCH CH Cl

b. Phỏt trin mch:

2 2 2
22
**
**
Cl ClCH CH Cl ClCH CHCl HCl
ClCH CHCl CH CHCl Cl

c. t mch:

2 2 2
**Cl ClCH CH CH CHCl HCl

Quỏ trỡnh to nhiu sn phm ph l sn phm ca quỏ trỡnh polyclo húa, sn phm
ca quỏ trỡnh phõn hy, cc Vỡ vy cn s dng cỏc cht xỳc tin nh: clo, brom,
iot, tetraclocacbon hoc oxy to thun li cho phn ng chuyn húa chớnh.
Cỏc quỏ trỡnh trong cụng nghip c tin hnh 500550
o
C, ỏp sut 2,53MPa,
khụng s dng xỳc tỏc. Mt s h xỳc tỏc (than hot tớnh, mui clo kim loi) cú th
c s dng gim nhit phn ng, tuy nhiờn thi gian sng ca xỳc tỏc thp v
khú khn v mt cụng ngh lm cho quỏ trỡnh cracking EDC cú xỳc tỏc khụng c
ng dng rng rói trong cụng nghip.

2.1.2. S dõy chuyn cụng ngh sn xut VC t EDC:
Thuyt minh s dõy chuyn:
1 : Thit b phn ng.
2 : Thỏp tụi.
3 : Thit b lc.
4 : Thỏp tỏch HCl.
5 : Thỏp lm sch VC thụ.
6 : Thỏp tinh ch VC.
7 : Thỏp tỏch phõn on nh.
8 : Thỏp tỏch phõn on nng.
9 : Thỏp thu hi EDC.
10 : Thit b gia nhit bc hi.

11 : Thit b nhng t.
12 : Thit b lng tỏch.
Đồ án môn học
GVHD: Đỗ Thị Diễm Thúy

SVTH: Trần Thanh Lệ Trang 18


Hỡnh 2.1 S dõy chuyn cụng ngh sn xut VC t EDC.
Sơ đồ d ây c huy ền c ô n g nghệ sả n x uất
v c t ừ ed c
2
1
3
4
5
vc
n aoh
6
n aoh
7
8
9
Sản phẩm
nhẹ
Sản phẩm
nặng
EDC
ed c tuần hoàn
10

11
12
11
11
11
11
11
11
13
13
13
13
11
14
14
15
15
15
15
13
13 13
Đồ án môn học
GVHD: Đỗ Thị Diễm Thúy

SVTH: Trần Thanh Lệ Trang 19

EDC nguyờn liu v EDC tun hon c a qua thit b gia nhit v bc hi ti
nhit cn thit(khong 215
o
C), sau ú c a vo thit b dng lũ ng. Ti

vựng i lu, nguyờn liu c gia nhit ti nhit phn ng, phn ng thc s
xy ra trong vựng bc x. Sn phm khớ thu c u ra ca thit b phn ng lũ
ng cú nhit 500
o
C c tụi trỏnh cỏc phn ng ph xy ra ni tip nhau
bng cỏch a qua thỏp tụi tip xỳc vi dũng sn phm ó c lm lnh xung
50
o
C chy ngc chiu. Khớ sn phm s c lm lnh xung 200
o
C. Quỏ trỡnh
lm lnh b sung tip theo s lm ngng t hu ht nguyờn liu EDC cha phn
ng, mt phn c dựng lm cht ti nhit trong thỏp tụi. Phn cũn li cựng vi
khớ khụng ngng s c a qua thỏp chng ct tỏch sn phm ph HCl. Ti õy
HCl s c tỏch ra khi hn hp dng khớ khụng ngng phn nh thỏp. Phn
ỏy ca thỏp tỏch HCl c a sang thỏp chng ct lm sch VC thụ. Ti thỏp
ny sn phm VC s nm trong phn nh nh thỏp v tip tc c a sang thỏp
tinh ch lm sch VC. Ti thỏp tinh ch lm sch VC hm lng HCl c gim
t 500 xung 10ppm v phn sn phm ly ra t ỏy thỏp c trung ho vi
NaOH. Phn nh thỏp s c hi lu tr li thỏp tỏch HCl.
Phn ỏy thỏp lm sch VC thụ c a qua h thng thu hi EDC v tun hon
quay tr li thit b phn ng. Quỏ trỡnh ny bao gm cỏc thit b sau:
- Tỏch phõn on nh lm nhim v tỏch phn sn phm nh (1 thỏp).
- Tỏch phõn on nng trong 2 thỏp: phn ln EDC thu c thỏp th nht lm
vic ỏp sut khớ quyn, phn EDC cũn li trong sn phm nng c thu thỏp
th hai lm vic trong chõn khụng.
2.1.3. u nhc im ca phng phỏp :
u im ca phng phỏp ny l tn dng c phn EDC khụng phn ng v
tun hon nú tr li thit b phn ng. ng thi tn dng c phn HCl. Tuy
nhiờn phng phỏp ny cú nhc im l cú hiu sut chuyn húa thp.

2.2. Sn xut VC bng cỏc quỏ trỡnh liờn hp:
2.2.1. Liờn hp clo húa etylen, tỏch HCl v hydro húa axetylen:
Quỏ trỡnh da trờn cỏc phn ng:
Đồ án môn học
GVHD: Đỗ Thị Diễm Thúy

SVTH: Trần Thanh Lệ Trang 20


2 4 2 2 2
2 2 2
(1)
(2)
C H Cl CH Cl CH Cl
CH Cl CH Cl CH CHCl HCl



HCl t phn ng (2) cú th c dựng cho phn ng hydroclo húa axetylen:

2 2 2
(3)C H HCl CH CHCl

Phn ng tng cng:

2 2 2 4 2 2
2C H C H Cl CH CHCl

S quỏ trỡnh:
- Vi ngun nguyờn liu u l hn hp ca axetylen v etylen vi t l mol 1:1.

Hỡnh 2.2 - S quỏ trỡnh sn xut VC bng phng phỏp liờn hp clo húa
etylen, tỏch HCl v hydro húa C
2
H
2
(axetylen v etylen dng hn hp).

- Vi ngun nguyờn liu u l axetylen v etylen vi t l mol 1:1.

Tỏch VC
Hydroclo hoỏ
Clo hoỏ
Cracking
EDC
HCl
Clo
Hn hp
axetylen v
etylen vi
t l 1/1
Clo hoỏ
Cracking
Tỏch VC
Hydroclo hoỏ
EDC
Axetylen
Etylen
HCl
Đồ án môn học
GVHD: Đỗ Thị Diễm Thúy

SVTH: Trần Thanh Lệ Trang 21





Hỡnh 2.3 S quỏ trỡnh sn xut VC bng phng phỏp liờn hp clo húa
etylen, tỏch HCl v hydro húa C

2
H
2
(axetylen v etylen dng riờng bit).

2.2.2. Liờn hp clo húa, oxy clo húa etylen v cracking EDC
Quỏ trỡnh da trờn cỏc phn ng sau:

2 4 2 2 2
2 2 2
2 4 2 2 2
(1)
2 2 2 (2)
1
2 2 (3)
2
C H Cl CH Cl CH Cl
CH Cl CH Cl CH CHCl HCl
C H HCl O CH CHCl H O




Phn ng tng cng:

2 4 2 2 2 2
1
22
2
C H Cl O CH CHCl H O

u im ca quỏ trỡnh: tiờu tn ớt nng lng (do tn dng c nhit ca cỏc
phn ng ta nhit), s dng c HCl to thnh v khụng dựng C
2
H
2
do vy
chi phớ r hn.
S quỏ trỡnh:







Hỡnh 2.4 S quỏ trỡnh sn xut VC bng phng phỏp liờn hp clo húa, oxy
clo húa etylen v cracking EDC.
2.3. Sn xut VC t axetylen:
Clo húa
EDC
EDC
HCl
Oxiclo hoỏ
Crackink
Tỏch VC
Clo
Etylen
Oxy
VC

Đồ án môn học
GVHD: Đỗ Thị Diễm Thúy

SVTH: Trần Thanh Lệ Trang 22

Nguyờn liu iu ch VC theo phng phỏp ny l C
2
H
2
v HCl.
Quỏ trỡnh thc hin da trờn phn ng:

2
CH CH HCl CH CHCl


ỏp sut thng v khụng cú xỳc tỏc phn ng trờn khụng xy ra. Khi khụng dựng
xỳc tỏc phi tin hnh phn ng iu kin ỏp sut cao. Tuy nhiờn ỏp sut cao thỡ li
to ra nhiu sn phm ph nh: diclo etan, phn ng trựng hp ca VC to thnh Vỡ
vy trỏnh to sn phm ph v gim khc nghit ca phn ng ngi ta phi
dựng xỳc tỏc.
sn xut VC theo phng phỏp ny ngi ta cú th tin hnh quỏ trỡnh trong pha
lng hoc pha khớ.
2.3.1. Tin hnh quỏ trỡnh trong pha lng:
2.3.1.1. C s ca phng phỏp:
Khi tin hnh quỏ trỡnh ny trong pha lng ngi ta tin hnh thi C
2
H
2
v

HCl qua dung dch xỳc tỏc cú thnh phn: Cu
2
Cl
2
23% khi lng, NH
4
Cl
16% khi lng, cú thờm CaCl
2
hũa tan trong axit HCl 1215% nhit
5060
o
C. Cng cú th dựng xỳc tỏc HgCl
2
trong axit HCl v duy trỡ nhit
90
o
C. Tuy nhiờn xỳc tỏc ng cú xu hng lm tng phn ng ph: trựng hp
axetylen thnh vinyl axetylen.

2
2CH CH CH C CH CH

õy l phn ng khụng mong mun, vỡ vy ngn nga phn ng ph ngi
ta phi dựng HCl hũa tan mui ng.
Cú nhiu quan im v vai trũ ca xỳc tỏc mui ng v mui thy ngõn. Mt
s quan im cho rng mui thy ngõn, mui ng tỏc dng vi axetylen to thnh
hp cht trung gian. Hp cht trung gian ny b phõn hy di tỏc ng ca HCl
hon nguyờn xỳc tỏc v cho ta sn phm Vinyl clorua.

2
22
CH CH HgCl ClCH CH HgCl
ClCH CH HgCl HCl CH CHCl HgCl



Đồ án môn học
GVHD: Đỗ Thị Diễm Thúy

SVTH: Trần Thanh Lệ Trang 23

Quan im khỏc li cho rng mui ng, mui thy ngõn tỏc dng vi axetylen to
phc cht.
2.3.1.2. u nhc im ca phng phỏp:
u im ca phng phỏp ny l quỏ trỡnh tin hnh iu kin nhit thp,
ớt tn nng lng, chớnh vỡ vy m thit b phn ng ch to n gin hn. Tuy
nhiờn, nú cú nhc im l hiu sut chuyn húa sn phm thp, trong quỏ
trỡnh to ra cỏc sn phm ph khụng mong mun, vỡ vy m nú s gõy khú
khn cho vic phõn tỏch sn phm trong quỏ trỡnh tinh ch thu vinyl clorua
tinh khit. Mt khỏc HCl dng lng gõy n mũn thit b.
2.3.2. Tin hnh quỏ trỡnh trong pha khớ:
2.3.2.1. C s ca phng phỏp:
Khỏc vi phng phỏp trong pha lng, phng phỏp ny xỳc tỏc s dng
cho phn ng l HgCl
2
/C* (hoc graphit, silicat), nhit 100170
o
C, ỏp
sut 0,3.10

6
Pa. Trong ú mui thy ngõn HgCl
2
c mang trờn cht mang l
than hot tớnh. Tuy nhiờn do mui thy ngõn c nờn ngi ta cú xu hng
thay th mui thy ngõn bng cỏc mui ca cỏc kim loi khỏc (BaCl
2
,
CdCl
2
). Quỏ trỡnh c mụ t bng phn ng:

2
/*
2
HgCl C
CH CH HCl CH CHCl

Sn phm ph ca quỏ trỡnh thng l axetandehit to thnh do phn ng ca
axetylen vi vt nc cú trong nguyờn liu v 1,1-dicloetan theo phn ng sau:

2 3 2
CH CHCl HCl CH CHCl

2.3.2.2. Cỏc yu t nh hng n hiu sut chuyn húa ca quỏ trỡnh:
a. nh hng ca xỳc tỏc:
Khi nng HgCl
2
trờn than hot tớnh tng thỡ hiu sut chuyn húa
axetylen thnh vinyl clorua tng.

Bng 2.5: nh hng ca nng xỳc tỏc ti hiu sut chuyn húa.
HgCl2/C* (%)
Hiu sut chuyn húa ( % )
5
69,6
10
86,7
Đồ án môn học
GVHD: Đỗ Thị Diễm Thúy

SVTH: Trần Thanh Lệ Trang 24

20
92,3
40
95,4
60
96,8

Theo nh bng trờn thỡ ta thy c chuyn húa tng khi nng
HgCl
2
tng. Qua trỡnh cú chuyn húa tng nhanh khi nng HgCl
2

tng t 5 n 10% v sau ú tng chm. Khi nng HgCl
2
ln hn
20% thỡ chuyn húa vn tng chm nhng ng thi khi ú quỏ
trỡnh ta rt nhiu nhit (nhit ca phn ng). Lm cho xỳc tỏc b t

núng cc b dn n HgCl
2
b thng hoa, ng thi axetylen trựng hp
bao ph trờn b mt lm cho xỳc tỏc mt hot tớnh nhanh chúng. Vỡ
vy trờn thc t, trong cụng nghip ngi ta dựng xỳc tỏc HgCl
2
10%
ngm trờn than hot tớnh.
b. nh hng ca nguyờn liu:
Nguyờn liu trc khi a vo thit b phn ng cú th cha nhng tp
cht cú hi cho quỏ trỡnh nh:
- Lm ng c xỳc tỏc:
Khi trong thnh phn ca nguyờn liu cú cha cỏc tp cht nh: H
2
S,
PH
3
Thỡ nhng cht ny s tỏc dng vi xỳc tỏc lm gim hot tớnh
ca xỳc tỏc.

22
3 2 3 2
2
2 3 6
H S HgCl HgS HCl
H P HgCl Hg P HCl



loi b nhng tp cht gõy ng c xỳc tỏc ny thỡ hi ca axetylen

trc khi i vo thit b phn ng phi i qua thỏp cha dung dch K
2
SO
4
( ti õy xy
ra phn ng oxy húa kh nhm loi b H
2
S v H
3
P ).

2 2 2 7 2 4 2 2 3
3 2 2 7 3 4 2 2 3
H S K Cr O K SO H Cr O
H P K Cr O K PO H Cr O



- Lm tng phn ng ph:
Nu trong thnh phn khớ nguyờn liu cú cha clo s xy ra phn ng
ca axetylen vi clo to sn phm ph l tetracloetan.
Đồ án môn học
GVHD: Đỗ Thị Diễm Thúy

SVTH: Trần Thanh Lệ Trang 25


2 2 2 2 2 4
2C H Cl C H Cl

Do HgCl
2
cng chớnh l xỳc tỏc cho phn ng ca axetylen vi nc, vỡ
vy nu trong nguyờn liu ban u cú cha nhiu hi nc thỡ s lm cho phn ng
ph ny xy ra. Kt qu sinh ra sn phm ph l axetandehit.

2
23
HgCl
CH CH H O CH CHO

Chớnh vỡ nhng yu t nguyờn liu trờn s lm gim hiu sut chuyn húa ca
quỏ trỡnh, ng thi sn phm thu c cú nhiu sn phm ph, dn n tn kộm trong
vic phõn tỏch thu c VC tinh khit. Yờu cu t ra i vi khớ nguyờn liu trc
khi a vo thit b phn ng phi c qua cụng on x lý t nhng tiờu chun
cho phộp. C th i vi nguyờn liu khớ C
2
H
2
v HCl õy phi t tiờu chun:
+ Khớ C
2
H
2
phi cú nng phn trm ln hn 99%; nc nh hn 0,03%;
khụng cú cht gõy ng c xỳc tỏc nh: H
2
S, H
3
P

+ Khớ HCl phi cú nng ln hn 99%; nc nh hn 0,03%; khụng cú oxi,
clo
c. nh hng ca thnh phn nguyờn liu:
m bo cho C
2
H
2
phn ng ht phi cho d HCl. Trong thc t
ngi ta thng khng ch t s C
2
H
2
/HCl = 1/1,1 mol. T s
C2H2/HCl cú nh hng trc tip n hiu sut chuyn húa th hin:
Bng 2.6: nh hng ca thnh phn nguyờn liu ti hiu sut
chuyn húa.

T l C
2
H
2
/HCl
Hiu sut chuyn húa (%)
1/1,09
91,05
1/1,1
96,95
1/1,2
97,75

Qua bng trờn ta thy khi HCl d cng nhiu thỡ hiu sut chuyn húa
C2H2 thnh VC cng cao. Tuy nhiờn khi ú li xy ra nhng phn ng
ph khụng mong mun.
Vớ d:
2 2 3 2
2C H HCl CH CHCl