tiểu luận sản xuất phenol tu benzen và propylen

07/21/15 1
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ HỮU CƠ-HÓA DẦU
•
TIỂU LUẬN
•
MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN DẦU
•
NHÓM 1: SẢN XUẤT
•
PHENOL TỪ BENZEN VÀ PROPYLEN
Hà Nội :8-11-2009

Sơ lược về phenol và các quá
trình sản xuất






 !"#$%&
'()*+,-.$./01
2345(67%+.8
9%:;+<=9*,
 8/0*8>:0?(

@$.+$%& A8$,
0B:C%&*/D+1*/
,$,*EFG+H$%&
:; I*J+%#*+,+K*&+

C,(


.L++<$%&LLC
+M**N**-+ O8
:; :#:; PM**%&
+<:;  K0*,E,GK*
&+Q#0C,(,E,G:; R
$.A+ST;US!=
#C*/-:; :0H*/-
A(

V ;Q*:;+<=*,TCLE
W*0GX*$%&:; /+70*0
7JQ*0?-*%Y/M*(
Z*7%[ CLSW,$- 
<0L<8+P-\PA:F
P%#*0T0:,W

Tây âu Mĩ Nhật Thế giới
1973 1984 1974 1973 1989
Nhựa phenol 37 33 48 60 41
Capro
lactam
22 25 15 21
Axít adipic
12 3
Nhựa epoxy 11 22 13 18 15
aniline 2 9 3
Các sản phẩm

khác
18 18 21 14 20
Lượng tiêu
thụ
0.954 1.04 0.211 4.450
ứng dụng của phenol trên thế giới:

•
Các quá trình công nghiệp để sx phenol gồm có:

Hai quá trình cổ điển nhất hầu như ko còn được
sử dụng trong công nghiệp nữa. Đó là phương
pháp sunfo hoá benzen, sau đó nóng chảy kiềm
sunfonic axit tạo thành, và quá trình thứ 2 là clo
hoá có xt kèm theo thủy phân clobenzen mới tạo
thành.


Hai quá trình khác mới được phát triển gần
đây nhưng mới chỉ chiếm một thị phần nhỏ
trong công nghiệp sx phenol trên thế giới, do
là oxyclo hoá pha hơi benzen kết hợp với
thủy phân(CN Hookenr/Raschig) và oxy hoá
toluen có xt trong pha lỏng sử dụng cơ chế
phản ứng tạo phức

Quá trình oxy hoá pha lỏng xyclohaxan, sau
đó dehidro hoá có xt các sp tạo thành(CN
Scientific Design) chỉ được thử nghiệm 1 nhà
máy nhưng đã đóng cửa.


Oxy hoá cumen là phương pháp tương đối
cổ điển nhưng cho đến nay nó vẫn là quá
trình phổ biến nhất.


U]-^N**-:; +%+,
>*6* ++ A%*
$,%*%;"0J.:_D*
*%H(.H+;?+A%H*(]G
0?0 $J*/`,+%#*+,+:; 
+=a*bCW08L H


Sx phenol từ benzen và propylen ta
tổng hợp 2 giai đoạn:

Giai đoạn 1: Alkyl hoá benzen
bằng propylen tạo
cumen(isopropylbenzen )

Giai đoạn 2: Oxi hoá cumen thành
phenol
PHƯƠNG PHÁP CUMEN

GIAI ĐOẠN 1 :ALKYL HÓA BENZEN
BẰNG PROPYLEN TẠO CUMEN
I.NGUYÊN LIỆU:
1.Benzen:
•

Benzen thường được biết đến
dưới công thức hoá học C
6H6
, hay
còn được viết tắt là PhH, hoặc
benzol, là một
hợp chất hữu cơ thơm, trong
điều kiện bình thường là một chất
lỏng không màu, mùi dịu ngọt dễ
chịu, dễ cháy. Benzen tan rất kém
trong nước và rượu.

•
Benzen có thể tác dụng với axít nitric trong điều
kiện có axít sunfuric đặc làm xúc tác, để tạo
thành nitro benzen (màu vàng, mùi hạnh nhân).
Ngoài ra, còn có thể cộng với hidro và halogen.
Benzen là một thành phần trong dầu thô, là một
sản phẩm của quá trình chưng cất dầu mỏ. Tuy
nhiên người ta thường tổng hợp benzen từ các
chất trong dầu mỏ hơn là thu trực tiếp. Benzen
được sử dụng rộng rãi trong đời sống, là một
dung môi quan trọng trong công nghiệp, là chất
để điều chế dược phẩm, cao su tổng hợp,
thuốc nhuộm,
•
Lưu ý, benzen rất độc, có khả năng gây ung
thư ở người rất cao.
•
Benzen và các chất trong dãy đồng đẳng còn

được gọi là aren.

ỨNG DỤNG BENZEN
•
Benzen là một nguyên liệu rất quan trọng trong
công nghiệp hoá chất. Những nguyên tử hidro
trong benzen dễ bị thay thế bằng clo và các
halogen khác, bằng các nhóm sunfo-, amino-,
nitro- và các nhóm định chức khác. Clobenzen,
hexaclobenzen, phenol, anilin, nitrobenzen…
đấy mới chỉ là một số dẫn suất của benzen
dùng trong công nghiệp hoá chất để sản xuất
chất dẻo và thuốc nhuộm, bột giặt và dược
phẩm, sợi nhân tạo, chất nổ, hoá chất bảo vệ
thực vật, v.v… Trong phòng thí nghiệm, benzen
được sử dụng rộng rãi làm dung môi. Hơi
benzen độc và phải thận trọng khi làm việc với
nó.

•
Benzen thường nằm trong phần nhẹ của dầu
mỏ.
•
Tổng hợp từ các phân đoạn trong nhà máy lọc
dầu.
2.propylen:
Nói chung trong thành phần dầu mỏ thì hàm
lượng anken rất ít. Nên propen chủ yếu được
tổng hợp trong nhà máy lọc dầu.

II.NGUYÊN TẮC:
•
Nguyên tắc của quá trình sản xuất cumen từ
benzen và propen là quá trình alkyl hoá.
•
Alkyl hoá là quá trình đưa nhóm alkyl vào
phân tử hợp chất hữu cơ hoặc vô cơ.
C
6
H
6
+ CH
2
=CH-CH
3
→ C
6
H
5
-CH(CH
3
)
2

III.CÁC TÁC NHÂN:
•
Các tác nhân sử dụng cho alkyl hoá cũng rất đa
dạng và quan trọng nhất là những loại dễ tạo
thành cacbocation.
•

Các hợp chất không no (olefin, axetylen) với
liên kết bị đứt là liên kết π.
•
Các dẫn xuất halogen có liên kết bị đứt là C-X
(X là halogen).
•
Các hợp chất chứa oxy như rượu, ete, oxyt
olefin có liên kết bị đứt là C-O.

1.OLEFIN:
•
Là các tác nhân alkyl hoá đặc biệt quan
trọng do sẵn và giá thành khá rẻ.
•
Khả năng phản ứng của các olefin được
đánh giá dựa trên khả năng tạo thành
cacbocation và được xt bởi các axit. theo
phản ứng:
R-CH
2
CH=CH2 + H
+
↔ R-CH
2
C
+
H-CH
3
•
Khả năng phản ứng của olefin sẽ tăng theo

chiều dài và độ phân nhánh của mạch
cacbon trong olefin.
CH
2
=CH
2
< CH
3
-CH=CH
2
< CH
3
-CH
2
-CH=CH
2
<
(CH
3
)
2
CH=CH
2
.

2.Alkyl halogenua:
•
Các alkyl halogenua, đặc biệt là dẫn xuất clo là tác nhân
alkyl hoá nhiều hợp chất,trong các trường hợp C-,O-,S-,
N-,alkyl hoá cũng như tổng hợp cơ kim.

•
Nhưng chúng không được sử dụng rộng rãi trong công
nghiệp vi chúng gây ăn mòn thiết bị mạnh do hình thành
HCl.
•
Phản ứng alkyl halogenua có thể xảy ra theo 3
dạng:điện tử, thế ái nhân và gốc tự do.

3. Rượu,ete.
•
Rượu không được sử dụng nhiều như olefin vì chúng
hoạt động kém hơn trong quá trình tạo cacbocation
trung gian.
2 2 2
ROH H RO H H O R H O
+ + +
+ + +
ˆ ˆ † ˆ ˆ †
‡ ˆ ˆ ‡ ˆ ˆ

IV.XÚC TÁC QUÁ TRÌNH ALKYL HÓA
•
Xúc tác thường dùng là các axit:
1.Alkyl hoá đồng thể thường có dạng:
a.Axit Bronsted:HF, H
2
SO
4
,H
3

PO
4
… Khi sử dụng tác nhân
alkyl hoá là anken:
3 2 3 3
CH CH CH H CH C H CH
+ +
− = + − −
ˆ ˆ †
‡ ˆ ˆ

b.Axit Lewis:như AlCl
3
một lượng nhỏ aixit
chứa H
+
thường được thêm vào hỗn hợp
như là chất đồng xt để thúc đẩy quá trình
hình thành cacbocation:
3 2 3 3 3 4
CH CH CH HCl AlCl CH C H CH AlCl
+ −
− = + + − − +
ˆ ˆ †
‡ ˆ ˆ

2.Các xt dị thể thường được sử dụng cho quá
trình alkyl hoá là Al
2
O

3
Al
2
O
3
/SiO
2
và các zeolit.
Đây là những vật liệu có 2 tâm axit Bronsted
và axit Lewis
3 2 3 3
Zeol O H CH CH CH CH C H CH Zeol O
− + + −
− + − = − − + −
ˆ ˆ †
‡ ˆ ˆ


Theo phản ứng:

.Olefin tạo cácbocation với xt axit và sau do alkyl
hoá vào nhân thơm

Khả năng phản ứng của nhân Benzen:
Alkyl là nhóm thế cho e, hoạt hoá nhân benzen.
Khả năng pư theo thứ tự sau:
C
6
H
4

(CH
3
)
2
> C
6
H
5
-CH
3
> C
6
H
5
-C
2
H
5

> C6H5-CH(CH3)2 > C6H6

+
CH
3
-CH=CH
2
CH(CH
3
)
2

V.ĐẶC TRƯNG PHẢN ỨNG

•
Khả năng alkyl hoá của propylen cao hơn
etylen và ít tạo PAB hơn (vì nhóm thế
-CH(CH
3
)
2
ít hoạt hoá nhân Benzen so với –
CH
2
-CH
3
).
•
Phản ứng có thể tiến hành theo công nghệ
pha lỏng hoặc pha khí.
•
Để giảm bớt lượng polyalat, ngươì ta sử
dụng hỗn hợp propen/propan hoặc tăng tỷ
lệ benzen/propylen .
•
Nếu trong thành phần hỗn hợp có lượng
nhỏ etylen thì cũng không ảnh hưởng lớn
tới điều kiện alkyl hoax bằng
propylen,etylen hầu như không hoạt động.

•
Sự có mặt của butylen cũng không gây vấn đề gì

nghiêm trọng vì các butylbenzen có thể được tách ra ở
đáy tháp chưng cất cumen.
•
Các sp phụ chủ yếu của quá trình là: n-propylbenzen,
di-,tri-propylbenzen, các hợp chất này dễ dàng tách ra
nhờ quá trình chưng cất.

•
Xúc tác
Bronsted:
•
Xúc tác Lewis:
•
Xúc tác Zeolit:
3 2 3 3
CH CH CH H CH C H CH
+ +
− = + − −
ˆ ˆ †
‡ ˆ ˆ
3 2 3 3 3 4
CH CH CH HCl AlCl CH C H CH AlCl
+ −
− = + + − − +
ˆ ˆ †
‡ ˆ ˆ
3 2 3 3
Zeol O H CH CH CH CH C H CH Zeol O
− + + −
− + − = − − + −

ˆ ˆ †
‡ ˆ ˆ
VI. CƠ CHẾ PHẢN ỨNG

•
Cacbocation tấn công vòng benzen tạo
cumen và hoàn trả xúc tác.
CH
3
-C
+
H-CH
3
+
CH(CH
3
)
2
+
Xt