Các công nghệ sản xuất vinyl clorua

Website: Email : Tel : 0918.775.368
Mục lục
trang
Lời cảm ơn
5
Mở đầu
6
Phần I: tổng quan lý thuyết
8
Chơng I: giới thiệu về nguyên liệu và sản phẩm 8
A. nguyên liệu 8
I. axetylen
8
1. tính chất vật lý 8
2. tính chất hoá học 9
3. Sản xuất axetylen
11
II. Axit clohydric (HCl)
15
1. tính chất vật lý 15
2. tính chất hoá học 15
3. Điều chế axit HCl
15
III. Vinyl clorua (VC)
16
1. tính chất vật lý 16
2. tính chất hoá học 16
3. ứng dụng của VC 17
Chơng II: Các công nghệ sản xuất VC
20
A. Sản xuất VC từ EDC

20
I. Tiến hành quá trình trong pha lỏng
20
1. Cách thức tiến hành
20
2. Ưu nhợc điểm của quá trình
21
II. Tiến hành quá trình trong pha khí
22
1. Cơ sở của quá trình
22
2. Sơ đồ công nghệ sản xuất VC từ EDC
23
3. Ưu nhợc điểm của phơng pháp
26
B. Sản xuất VC bằng các quá trình liên hợp
26
1. Liên hợp clo hoá etylen, tách HCl và hydro hoá C
2
H
2
26
2. Liên hợp clo hoá, oxy clo hoá etylen và cracking EDC
27
C. Sản xuất VC từ axetylen và HCl 28
I. Tiến hành quá trình trong pha lỏng
28
1
Website: Email : Tel : 0918.775.368
1. Cơ sở của phơng pháp

28
2. Ưu nhợc điểm của phơng pháp
29
II. Tiến hành quá trình trong pha khí
29
1. Cơ sở của phơng pháp
29
2. Các yếu tố ảnh hởng tới hiệu suất của quá trình
29
3. Công nghệ sản xuất VC trong pha khí
33
4. Ưu nhợc điểm của phơng pháp
35
Phần II: Tính toán công nghệ
37
A. Xác định thời gian làm việc của phân xởng
37
B. Cân bằng vật chất
38
I. Tiêu hao nguyên liệu cho phản ứng chính
38
1. Tiêu hao nguyên liệu Axetylen
38
2. Tiêu hao nguyên liệu HCl
39
II. Tiêu hao nguyên liệu cho phản ứng phụ
40
III. Cân bằng vật chất
42
1. Cân bằng vật chất đối với thiết bị phản ứng

42
2. Cân bằng vật chất tại hệ thống tách HCl
43
3. Cân bằng vật chất tại tháp chng cất sản phẩm VC
43
C. Cân bằng nhiệt lợng đối với thiết bị phản ứng
44
1. Tính nhiệt lợng do hỗn hợp khí mang vào
45
2. Nhiệt lợng do các phản ứng toả ra
46
3. Nhiệt lợng do hỗn hợp khí sản phẩm mang ra khỏi thiết
bị
47
4. Tính toán lợng chất tải nhiệt cần dùng
48
D. Tính toán thiết bị chính
49
1. Tính thể tích cấp xúc tác
49
2. Kích thớc thiết bị phản ứng
52
3. Tính chiều dày thân thiết bị phản ứng
54
4. Tính đờng kính các ống dẫn
56
5. Tính đáy và nắp thiết bị
60
6. Tính toán chân đỡ thiết bị
62

7. Chọn mặt bích
64
8. Chọn bơm
64
2
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Phần III: An toàn lao động trong sản xuất
67
I. Mục đích
67
II. Các công tác cần thực hiện
67
1. Công tác về t tởng
67
2. Công tác kỹ thuật
67
3. Công tác vệ sinh trong lao động
68
Phần IV: Thiết kế xây dựng
70
I. Xác định địa điểm xây dựng nhà máy
70
1. Yêu cầu chung về thiết kế
70
2. Các yêu cầu về kỹ thuật xây dựng
71
3. Các yêu cầu về môi trờng và vệ sinh công nghiệp
71
II. Thiết kế tổng mặt bằng nhà máy
72

1. Yêu cầu thiết kế tổng mặt bằng
72
2. Nguyên tắc thiết kế tổng mặt bằng nhà máy
74
III. Thiết kế nhà sản xuất
76
1. Bố trí mặt bằng
75
2. Các yêu cầu của thiết kế mặt bằng
77
3. Giới thiệu mắt cắt
77
4. Kết cấu chụi lực của nhà sản xuất
77
5. Phơng pháp bao che nhà sản xuất
78
6. Tổ chức thông gió tự nhiên
79
7. Tổ chức chiếu sáng tự nhiên
79
Phần V: Tính toán kinh tế
81
I. Mục đích và nhiệm vụ của tính toán kinh tế
81
II. Nội dung tính toán kinh tế
81
1. Chế độ làm việc của phân xởng
81
2. Nhu cầu về nguyên liệu và năng lợng
81

3. Chi phí nguyên liệu và năng lợng
84
4. Vốn đầu t cố định
85
5. Quỹ lơng công nhân viên làm việc trong phân xởng
86
6. Tính khấu hao
87
7. Những khoản chi phí khác
88
8. Tính toán hiệu quả kinh tế
89
3
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Kết luận
91
Tài liệu tham khảo
92
Lời cảm ơn
Em xin chân thành cảm ơn tới tất cả các thầy cô giáo đã dạy dỗ em trong suốt
những năm học vừa qua, những thầy cô đã hớng dẫn em hoàn thành bản đồ án tốt
nghiệp này!
4
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn thầy Đoàn Tân Hào ngời đã hớng dẫn tận
tình em trong suốt khoảng thời gian làm đồ án tốt nghiệp vừa qua!
Nhân dịp này em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến toàn thể các thầy cô trong
bộ môn Hữu cơ - Hoá dầu đã giúp đỡ và dạy dỗ em trong suốt quá trình học
tập vừa qua!
Mở đầu

Công nghệ tổng hợp vật liệu polyme đã ra đời từ khá lâu và không ngừng phát
triển cho đến ngày nay. Cùng với sự phát triển đó là hàng loạt các vật liệu polyme
ra đời và nhanh chóng cho thấy đợc những tính năng u việt của nó. Nó đã thay
5
Website: Email : Tel : 0918.775.368
thế đợc nhiều vật liệu đắt tiền cũ vẫn sử dụng đồng thời bổ sung thêm cho nguồn
vật liệu cần sử dụng trong những môi trờng khắc nghiệt. Chính vì những đặc tính
đó mà vật liệu polyme đã và đang đợc sử dụng một cách rộng rãi trong công
nghiệp và trong dân dụng.
Để ngành công nghiệp và vật liệu polyme tồn tại và không ngừng phát triển
đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của con ngời thì vấn đề quan trọng đặt ra là
nguồn nguyên liệu cung cấp cho nó phải liên tục phát triển cả về chất lợng lẫn
chủng loại.
Vinyl clorua gọi tắt là VC có công thức hoá học là CH
2
= CH- Cl, là một trong
những monome đã đợc phát hiện từ rất sớm. Tuy nhiên cho đến tận năm 1912 ng-
ời ta mới tìm ra phơng pháp điều chế. Từ đó đến nay ngành công nghiệp sản suất
VC phat triển rất nhanh chóng. Ngay tại thời điểm đó theo thống kê sản lợng
hàng tháng ở Nhật đã lên tới 1500 tấn. ở nhiều nớc công nghiệp khác công nghệ
sản xuất VC cũng liên tục phát triển.
Sở dĩ ngành công nghiệp sản suất VC phát triển mạnh và nhanh nh vậy là do
VC là một monome khá quan trọng trong tổng hợp nhiều loại vật liêu polyme có
nhiều tính năng quý. Trong đó phải kể đến là poly vinylclorua (viết tắt là PVC)
PVC là một loại chất dẻo có nhiều tính chất tốt nh : có độ ổn định hoá học cao,
ít bị ăn mòn và phá huỷ bởi axít sulfuric (H
2
SO
4

), axít clohydric (HCl) và một số
dung môi hữu cơ khác, khả năng co giãn và độ bền tơng đối lớn, có tính cách
điện. Ngoài ra nhựa PVC còn có tính không thấm nớc, không bị phá hủy khi gặp
nớc, nhng lại là vật liệu dễ nhuộm màu. Do các tính chất tốt nh vậy nên PVC đợc
sử dụng để chế tạo các loại ống dẫn các chất hoá học, làm vật liệu lót bên trong
các thiết bị hoá học làm việc trong môi trờng ăn mòn, ở nhiệt độ thấp để thay thế
các loại thép không rỉ và hợp kim. Nhựa PVC còn đợc sử dụng trong nhiều ngành
công nghiệp khác nh : công nghiệp điện (sản xuất các loại dây bọc), trong xây
dựng, trong ngành sản xuất da nhân tạo Do mang nhiều đặc tính tốt nh vậy
nên nhu cầu sử dụng nhựa PVC của nhiều ngành công nghiệp tăng lên một cách
nhanh chóng kéo theo đó là sự phát triển về công nghệ tổng hợp PVC
6
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Theo tiến trình phát triển chung của công nghệ tổng hợp polyme nói chung và
công nghệ tổng hợp PVC nói riêng, công nghệ sản xuất VC cũng đã có nhiều
phát triển. Hiện nay đã có nhiều phơng pháp công nghệ sản xuất VC từ nhng
nguồn nguyên liệu khác nhau hoặc từ một nguồn nguyên liệu có thể có nhiều
công nghệ khác nhau. Vấn để quan trọng đặt ra là phải tìm xem công nghệ nào là
phù hợp nhất để đảm bảo xây dựng đợc một phân xởng sản xuất VC đạt đợc cả về
chất lợng cũng nh về số lợng sản phẩm. Có nh thế mới thu đợc hiệu quả kinh tế
cao nhất.
PHần I:Tổng quan lý thuyết
Chơng I
giới thiệu về nguyên liệu và sản phẩm
a. nguyên liệu
7
Website: Email : Tel : 0918.775.368
I.Axetylen
1.Tính chất vật lý
ở nhiệt độ thờng Axetylen là chất khí không màu, ở dạng tinh khiết có mùi ete

yếu, các hằng số vật lý đặc trng của axetylen :
- Nhiệt độ ngng tụ là - 83,8
o
C (ở 0,102 MPa), nhiệt độ tới hạn là 35,5
o
C
- áp suất tới hạn là 6,04 MPa
- Trọng lợng riêng (ở 0
0
C và 760 mmHg) là: 1,171 kg/m
3
- Trọng lợng phân tử : 26,02 kg/kmol
- Nhiệi dung riêng
20
p
C
: 0,402 kcal/kg.độ
- Nhiệt cháy
H

: 13,378 Kcal/m
3
Nhiệt cháy của Axetylen toả ra khá lớn, chính vì vậy mà ngời ta dùng nó làm
nhiên liệu để cắt, hàn kim loại.
- Giới hạn nổ của C
2
H
2
xảy ra trong giới hạn nhiệt độ và áp suất nhất định.
Ví dụ :

ở nhiệt độ 0
0
C và 1at : C
2
H
2
tạo với không khí một hỗn hợp nổ trong giới hạn từ
2,53 78 % thể tích C
2
H
2
.
ở áp suất 5 at thì giới hạn nổ thay đổi trong khoảng rộng hơn 2,53 100% thể
tích C
2
H
2

Độ nguy hiểm về cháy nổ của axetylen càng gia tăng do sự phân rã nó thành
những chất đơn giản và kèm theo toả nhiều nhiệt
C
2
H
2


2C + H
2
(
H

= -54,2 Kcal/mol )
Sự phân rã này xảy ra khi không có oxi nhng có những chất kích hoạt tơng ứng
(tia lửa, đốt cháy do ma sát). Khi ở áp suất 0,2 Mpa, sự phân rã có đặc điểm cục
bộ và không nguy hiểm. ở áp suất cao hơn, sự phân rã có đặc tính nổ với sóng
kích nổ đợc lan truyền với vận tốc lớn hơn 1000 m/s. Sự dễ nổ của axetylen sẽ
giảm khi nó đợc thêm vào khí trơ hoặc hơi trơ, chúng sẽ tích nhiệt của sự phân rã
đầu tiên và ngăn cản sự phân hoá nổ của axetylen. Khi đó áp suất chống nguy
hiểm cao nhất của hỗn hợp phụ thuộc vào nồng độ của axetylen. Tính dễ nổ của
8
Website: Email : Tel : 0918.775.368
axetylen càng tăng khi có mặt các kim loại có khả năng tạo thầnh axetilua (hoặc
cacbua) (ví dụ : Cu
2
C
2
), chính vì thế những kim loại này cần đợc chú ý khi lựa
chọn nguyên liệu thiết kế.
Để phòng tránh cháy nổ, ngời ta thờng giới hạn áp suất khi sản xuất axetylen
và trong tổng hợp khác, hoặc pha loãng axetylen bằng khí trơ ( ví dụ N
2
). Khi
nén khí axetylen ngời ta dùng máy nén khí đặc biệt, nó có vận tốc dịch chuyển
thấp, mức độ nén nhỏ và nhiệt độ thay đổi sau mỗi bậc nén khí
100
o
C.
Ngoài ra Axetylen còn dễ dàng tạo thành hỗn hợp nổ với : Flo; Clo nhất là khi
có tác dụng của ánh sáng. Để giảm bớt khả năng nổ của C
2

H
2
khi vận chuyển ng-
ời ta thờng pha thêm khí trơ nh : Hydro, amoniac vào thùng chứa C
2
H
2
.
Tính chất quan trọng khác của axêty len là khả năng hoà tan của nó lớn hơn
nhiều so với những hydrocacbon khác. Cụ thể trong 1 thể tích nớc ở 20
0
C có thể
hoà tan đợc 1 thể tích axetylen, còn ở 60
0
C hoà tan đợc 0,37 thể tích. Axetylen có
khả năng tan tốt trong nhiều dung môi hữu cơ nh: metanol, axeton,
đimetylfornami Độ hoà tan của axetylen có ý nghĩa rất quan trọng để điều chế
và tách nó ra khỏi hỗn hợp với khí khác.
2. Tính chất hoá hoc
Axetylen có công thức phân tử C
2
H
2
và có công thức cấu tạo là :
CHCH

C
2
H
2

là hydro cacbon không no có chứa liên kết ba trong phân tử do vậy có khả
năng hoạt động hoá học cao.
Liên kết ba phân tử C
2
H
2
đợc tạo thành do liên kết

và hai liên kết

chính
vì vậy mà khi tham gia phản ứng hoá học liên kết ba trong phân tử C
2
H
2
dễ bị phá
vỡ tạo liên kết đôi hoăc hợp chất bão hoà.
Các phản ứng đặc trng cho tính chất hoá học của axetylen:
a. Phản ứng thế:
Khi tác dụng C
2
H
2
với kim loại kiềm, Cu, Ag,Ni, Hg, Co, Zn tạo thành
axetylenit kim loại rất dễ nổ.

CHCH

+ 2 Cu

Cu- C

C- Cu
9
Website: Email : Tel : 0918.775.368
b. Phản ứng cộng :
- Phản ứng cộng hydro với xúc tác kim loại(Ni, Pd)

CHCH

+ H
2


CH
2
= CH
2
CH
2
= CH
2
+ H
2


CH
3
- CH
3

Axetylen tác dụng với hydro cho ta etylen. Phản ứng tiến hành trên xúc tác
Paladi trên CaCO
3
ở 1 at và 250 300
0
C

CHCH

+H
2



Cat
o
300250;1
CH
2
= CH
2
Đây là phản ứng điều chế Etylen đợc sử dụng trớc đây ở một số nớc thiếu Etylen
- Với xúc tác là Hg
++
C
2
H
2
sẽ tác dụng với nớc tạo thành axetalđêhyt :
CH

CH + H
2
O


C
o
10075
CH
3
CHO
Khi có oxyt Kẽm và ôxyt sắt làm xúc tác thì C
2
H
2
sẽ tác dụng với hơi tạo thành
axeton

- Dới tác dụng của KOH ở nhiệt độ 150 160
0
C áp suất 4- 20 at axetylen tác
dụng với rợu tạo thành ete :

KOH
CH

CH + ROH

CH

2
=

CHOR
150 160
0
C
- Tác dụng với Hydrôsulfua ở 120
0
C tạo thành một số hợp chất có lu huỳnh :

10
CHCH
+ H
2
S
CH
2
CHSH
`
Vinyl mercaptan
+ H
2
S
- S
C
2
H
5
SH

Etylmercaptan
H
2
C CH
2

S
Thio oxyt etylen
C
2
H
5
S CH CH
2
Etyl vinylsulfit
+C
2
H
2
Polyme thiokol
+C
2
H
5
SH
C
2
H
5
S (CH

2
)
2
S C
2
H
5
Etylen dietyl sulfit
ZnO
CH CH + 3H
2
O CH
3
C CH
3
+ CO
2
+ 2H
2
O
360 450
0
C
O
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Ngoài ra axetylen còn kết hợp với mercaptan
CH

CH + RSH

CH
2
= CHSR
- Axetylen tham gia phản ứng cộng với các halozen : clo, brom
Các phản ứng tiến hành theo hai giai đoạn
CH

CH

2
Cl
CHCl= CHCl

2
Cl
CHCl
2
- CHCl
2
CH

CH

2
Br
CHBr= CHBr

2
Br
CHBr

2
- CHBr
2
Đối với clo, ở điều kiện thờng phản ứng xảy ra quá mãnh liệt, toả nhiều nhiệt
nên gây ra phân huỷ. Trong điều kiện kỹ thuật, ngời ta thực hiện đợc phản ứng
cộng clo trực tiếp vào axetylen trong những khối xốp.
- Cộng axit
+ Axetylen có thể tham gia phản ứng với các axit vô cơ nh HCl, H
2
SO
4
, HCN:
ví dụ: CH

CH + HCl

CH
2
= CHCl
Quá trình trên có thể tiến hành trong pha lỏng với xúc tác Cu
2
Cl
2
hoặc trong pha
khí với xúc tác HgCl
2
CH

CH + H
2

SO
4

CH
2
= CH - OSO
3
- H
CH

CH + HCN

2
;80 CuClC
o
CH
2


CH CN
Các sản phẩm của các phản ứng trên đều là những monome quan trọng trong tổng
hợp chất dẻo.
+ Axetylen có thể tham gia phản ứng với các axit hữu cơ với xúc tác phù hợp
CH

CH + ROOH

xt
o
t ;

CH
2


CH-OCOR
Ví dụ :
Axêtylen tác dụng với axit axetic :
11
170 210
0
C
CH CH + CH
3
COOH CH
2
CH OCOCH
3

Zn(CH
3
COO
-
)
2
/C
*

vinyl axetat (VA)
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Đây là phản ứng tiến hành trong pha hơi và là một phản ứng khá quan trọng bởi

sản phẩm của phản ứng là VA một monome khá quan trọng trong công nghiệp
tổng hợp chất dẻo (poly vinylaxetat )
c. Phản ứng trùng hợp
Do trong phân tử Axêtylen có chứa liên kết ba ( liên kết không no ) .Vì vậy nó
có thể tham gia phản ứng trùng hợp . Tuy nhiên với xúc tác và điều kiện phản ứng
khác nhau sẽ cho những sản phẩm trùng hợp khác nhau .
- Với xúc tác là bột đồng (Cu)
2n CH

C



Cu300200
;
o
(CH)
2n

Kypren
Ngời ta sử dụng kypren ( (CH)
2n
) làm chất cách điện
- Mặt khác khi thổi axetylen qua dung dịch bão hoà Cu
2
Cl
2
:
2 CH

CH


2
CuCl80
;
o
CH
2
= CH - C

CH
Vinyl axetylen
Vinyl axetylen là bán sản phẩm để sản xuất cao su tổng hợp clopren
3. Sản xuất Axetylen
Axetylen có thể đợc điều chế từ nhiều phơng pháp khác nhau với nguyên liệu
ban đầu khác nhau . Tuy nhiên quá trình sản xuất axetylen trong công nghiệp chủ
yếu là từ hai nguồn nguyên liệu chính là :
-Từ khí tự nhiên và khí dầu mỏ
-Từ than đá và đá vôi
a. Từ khí tự nhiên và khí dầu mỏ
Đây là phơng pháp phổ biến đối với các nớc có nguồn dầu mỏ và khí tự nhiên.
Nguyên liệu dùng điều chế axetylen có thể là hydro cacbon lỏng hoặc khí, hỗn
hợp khí hoặc riêng từng loại khí. Tuy nhiên thành phần nguyên liệu là yếu tố
quan trọng ảnh hởng tới hiệu suất sản phẩm. Các parafin cấu tạo thẳng khi nhiệt
phân cho ta hiệu suất axetylen cao nhất.
12
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Các phản ứng có thể xảy ra trong quá trình sản xuất axetylen từ khí tự nhiên và
khí dầu mỏ :

2CH
4


C
2
H
2
+ 3H
2
C
2
H
6


C
2
H
2
+ 2H
2
2C
3
H
8


3C
2

H
2
+ 5H
2
C
4
H
10


2C
2
H
2
+ 3H
2
Có 3 phơng pháp phân huỷ hydro cacbon để đợc axetylen:
- Cracking nhiệt
- Cracking điện
- Cracking nhiệt oxy hoá
Tuỳ thuộc vào nguyên liệu ban đầu khác nhau mà ngời ta có những công nghệ,
điều kiện công nghệ để đạt đợc hiệu suất chuyển hoá axetylen cao nhất
Ví dụ : Bằng phơng pháp cracking nhiệt metan, butan và propan :
Bảng 1 : Thành phần sản phẩm khí của quá trình nhiệt phân
Khí
Thành phần khí ( % thể tích )
Cracking metan Cracking propan Cracking butan
C
2
H

2
9,8 10,0 12,3
C
2
H
4
0,3 3,8 17,6
CH
4
15,7 15,0 26,4
H
2
70,7 55,7 38,0
N
2
3,5 5,2 1,4
Các khí khác - 10,3 4,3
b. Từ cancicacbua
Quá trình sản xuất axetylen bằng phơng pháp này bao gồm hai giai đoạn :
- Giai đoạn 1 : sản xuất canxicacbua ( CaC
2
)
13
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Trong giai đoạn này ngời ta cho đá vôi tác dụng với than (cốc và antraxit )
trong lò điện ở nhiệt độ cao đe thu đợc canxicacbua. Quá trình thực hiện theo
phản ứng :
Cao + 3c

CaC

2
+ CO
Để phản ứng này xảy ra cần tiêu tốn một năng lợng rất lớn và nhiệt độ của phản
ứng rất cao. Tuy nhiên chỉ có 70-80% đá vôi tham giai phản ứng
- Giai đoạn 2 : cho canxicacbua thu đợc tác dụng với nớc sẽ thu đợc axetylen
CaC
2
+ 3H
2
O

C
2
H
2
+ Ca(OH)
2
Quá trình hợp nớc của CaC
2
trongcác thiết bị còn đợc gọi là quá trình tái sinh
axetylen. Theo nguyên tắc của sự thoát nhiệt, nó chia ra làm hai loại:
- Thiết bị tái sinh loại ớt: là loại thiết bị mà nhiệt của phản ứng đợc giải phóng
bằng nớc d để đun nóng lên 50- 60
O
C. Trong đó cứ 1kg CaC
2
thì cần 10 kg H
2
O,
nh thế Ca(OH)

2
thu đợc ở dạng huyền phù trong nớc, ít có lợi cho việc tận dụng
tiếp theo.
- Thiết bị tái sinh loại khô: là loại thiết bị trong đó nhiệt phản ứng đợc lấy ra do
một khối lợng nớc d nhờ sự hoá hơi của nó. Ca(OH)
2
thu đợc ở dạng khô (vôi tôi)
và nó đợc sử dụng để chế biến vật liệu xây dựng.
II. Axít clohydrit ( HCl )
1. Tính chất vật lý
HCl ở dạng nguyên chất là một chất khí không màu có hắc. Tan mạnh trong n-
ớc, trong điều kiện không khí ẩm sẽ tạo hiện tợng khói. Đây là một khí khá bền
với nhiệt độ.
Tỷ trọng d =1,35 g/cm
3
Trọng lợng phân tử : 35,5 kg/kmol
Nồng độ lớn nhất của dung dịch HCl là : 35%
2. Tính chất hoá học
HCl là một axít vô cơ điển hình. Khi hoà tan trong nớc nó điện ly hoàn toàn:
HCl + H
2
O

H
3
O
+
+ Cl
-
- Tác dụng với kiềm và kim loại

14
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Ví dụ :
HCl + NaOH

NaCl + H
2
O
2HCl + Zn

ZnCl
2
+ H
2
- Tác dụng với muối
Ví dụ :
CaCO
3
+ 2HCl

CaCl
2
+ H
2
O + CO
2
- Ngoài ra axít clohydrit còn phản ứng đợc với nhiều hợp chất hữu cơ
Ví dụ :
HCl + CH

CH

CH
2
= CH - Cl
Vinyl clorua
HCl + CH
2
= CH
2


CH
3
- CH
2
- Cl
Diclo etan
3. Điều chế HCl
- Trong phòng thí nghiệm :
Từ NaCl rắn và dung dịch H
2
SO
4
đặc

- Trong công nghiệp :
Ngời ta tiến hành tổng hợp HCl từ nguyên liệu ban đầu là H
2
và Cl

2

III. Vinyl clorua (VC)
1. Tính chất vật lý
Vinyl clorua gọi tắt là VC, ở điều kiện tiêu chuẩn nó là chất khí không màu,
có mùi ete nhẹ, rất dễ cháy ( tạo với không khí hỗn hợp cháy nổ trong giới hạn 4
22% thể tích ). Đây là chất khí khá độc với con ngời đặc biêt khi hít phải
không khí có nồng độ VC lớn.
- Nhiệt sôi : -13,4
o

C
15
t
o
200
o
C
NaCl
(rắn)
+ H
2
SO
4
(đặc)
NaHSO
4
+ HCl
t
o

> 200
o
C
2NaCl
(rắn)
+ H
2
SO
4
(đặc)
Na
2
SO
4
+ 2HCl
t
o
H
2
+ Cl
2
2HCl
ánh sáng
Website: Email : Tel : 0918.775.368
- Nhiệt độ nóng chảy : -153,8
o
C
- Tỷ trọng d
20
4

: 0,9834
- Nhiệt hoá hơi : 85,7 Kcal/kg
- Nhiệt độ tới hạn : 142
o
C
- Khối lợng riêng : 0,969 g/cm
3
VC rất ít tan trong nớc ( ở 25
o
C 100 gam nớc chỉ hoà tan đợc 0,11 gam VC ).
Ngợc lại nó lại tan tốt trong nhiều dung môi hữu cơ nh: axeton; etanol;
hydrocacbon thơm
2. Tính chất hoá học
Vinyl clorua (VC) có công thức phân tử là C
2
H
3
Cl, công thức cấu tạo
CH
2
= CH- Cl
Trong phân tử có chứa liên kết đôi và một nguyên tử clo. Chính vì vậy tính chất
hoá học cơ bản của nó là :
- Tính chất của liên kết đôi (liên kết không no)
- Tính chất của nguyên tử clo linh động
a. Tính chất của hợp chất không no
Phản ứng cộng :
Do trong phân tử VC có chứa nhóm vinyl, vì vậy VC mang tính chất hoá học
của một olefin đó là tham gia phản ứng cộng
Ví dụ :

Cộng halozen
CH
2
- CHCl + Cl
2


ClCH
2
- CH(Cl
2
)
Cộng axít
CH
2
- CHCl + HCl

CH
3
- CH(Cl)
2
Phản ứng oxy hoá :
Khi có clo, oxy:
16
Website: Email : Tel : 0918.775.368
CH
2
= CHCl + O
2

2
Cl15050
;
o
ClCH
2
- CHO
Phản ứng trùng hợp:
Do trong phân tử có chứa liên kết đôi, vì vậy VC có thể tham gia phản ứng :
- Trùng hợp tạo polyme
- Tham gia phản ứng đồng trùng hợp với các monome khác nh: viny axetat
(C
2
H
3
COOCH
3
); vinylyden clorit (C
2
H
2
Cl
2
) Tạo polyme
Phản ứng trùng hợp của VC :
Phản ứng đồng trùng hợp với viny axetat (VA)
b. Tính chất của nguyên tử Clo linh động

- Phản của VC với kiềm làm tách ra phân tử HCl khỏi phân tử VC và cho ta C
2
H
2
CH
2
= CHCl + NaOH

CH

CH + NaCl + H
2
O
- Tác dụng với alcolat hoặt phênolat tạo ete vinylic
CH
2
= CHCl + RONa

CH
2
= CH
2
OR + NaCl
- Tác dụng với kim loại
CH
2
= CHCl + Mg

CH
2

= CH - Mg- Cl
3. ứng dụng của VC :
17
t
o
, p, xt
nCH
2
CH Cl CH
2
CH
Cl n
Trùng hợp
nCH
2
CHCl + nCH
2
CHOCOCH
3

t
o
, p, xt CH
2
CH CH
2
CH
Cl OCOCH
3
n

t
o
, p, xt CH
2
CH CH CH
2
Cl OCOCH
3
n
Website: Email : Tel : 0918.775.368
ứng dụng quan trọng nhất của VC là làm nguyên liệu cho các quá trình trùng
hợp và đồng trùng hợp tạo ra các polyme có đặc tính tốt sử dụng làm vật liệu
trong công nghiệp và dân dụng
Trùng hợp của vinylclorua ( VC ) tạo poly vinylclorua (PVC )
Phơng trình phản ứng :
Poly vinylclorua (PVC) là một chất dẻo mang nhiều tính chất tốt nh : có độ ổn
định hoá học cao, ít bị ăn mòn bởi axit (H
2
SO
4
, HCl, ), có khả năng co giãn,
độ bền tơng đối lớn, có tính cách điện, không thấm nớc và không bị phá huỷ khi
gặp nớc nhng lại dễ nhuộm.Do có nhiều đặc tính tốt nên PVC đợc sử dụng để sản
xuất các loại ống dẫn, bồn chứa các chất hoá học. Làm vật liệu lót trong các thiết
bị hoá học làm việc ở nhiệt độ thấp, trong môi trờng ăn mòn để thay thế thép
không gỉ và hợp kim.
Trong công nghiệp điện nhựa PVC đợc sử dụng làm vỏ bọc cách điện, các
dụng cụ cho vô tuyến điện. Trong xây dựng nhựa PVC còn đợc sử dụng để chế
tạo tấm lợp nhà, lát sàn tờng cách âm, các dụng cụ gia đình, ống dẫn nớc sinh
hoạt và các loại bao túi đựng đồ, áo ma

đồng trùng hợp với các monome khác
VC còn có khả năng tham gia đồng trùng hợp một số monome khác nh : vinyl
axetat (VA), vinylyden clorit, acryl nitril tạo thành các polyme có giá trị cao.
Ngoài ra VC còn dùng để sản xuất một số loại sợi tổng hợp có tính chất tốt nh sợi
clorin và sản xuất một số loại sơn chịu ăn mòn.
18
t
0
, p, xt
nCH
2
CH Cl CH
2
CH
Cl n
Poly vinylclorua (PVC)
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Ch¬ng ii
C¸c c«ng nghÖ s¶n xuÊt vinyl clorua
C¸c qu¸ tr×nh chÝnh trong c«ng nghiÖp ®Ó s¶n xuÊt VC bao gåm:
- Céng HCl vµo axetylen
- S¶n xuÊt VC tõ EDC
- S¶n xuÊt VC b»ng c¸c qu¸ tr×nh liªn hîp
19
Website: Email : Tel : 0918.775.368
A. sản xuất VC từ edc
Nguyên liệu cho quá trình điều chế VC ở đây là diclo etan
Cl-CH
2
-CH

2
-Cl
Để thu đợc sản phẩm là VC thì ngời ta có thể tiến hành quá trình trong pha lỏng
hoặc pha khí
i. tiến hành quá trình trong pha lỏng
1. cách thức tiến hành
Cơ sở hoá học của quá trình dựa trên phản ứng:
Trong phơng pháp này ngời ta sử dụng dung dịch rợu kiềm để khử HCl của
diclo etan. Quá trình thực hiện đợc trong pha đồng thể là nhờ rợu metanol hoà tan
cả diclo etan và kiềm.
Để thực hiện quá trình ngời ta tiến hành trộn nguyên liệu đầu theo tỷ lệ : cứ 1
lít diclo etan cần 1,1 lít dung dịch kiềm ( NaOH 42% ) và 0,26 lít metanol.
Nhiệt độ của quá trình phản ứng là khoảng 60 70
o
C, thời gian phản ứng là 4
5 giờ. Quá trình có thể xảy ra những phản ứng phụ khi :
- Lợng kiềm cho d dẫn đến diclo etan bị kiềm khử tạo thành axetylen
Thực chất là quá trình bao gồm hai giai đoạn :
EDC bị khử tạo thành VC sau đó vì kiềm d nên VC tiếp tục bị khử tạo thành
axetylen
20
CH
2
CH
2
+ NaOH CH
2
= CH Cl + NaCl + H
2
O

Cl Cl
CH
2
CH
2
+ 2NaOH CH CH + 2NaCl + 2H
2
O
Cl Cl
+ NaOH + NaOH
CH
2
CH
2
CH
2
CH Cl CH CH
Cl Cl
Website: Email : Tel : 0918.775.368
- Khi trong quá trình có d nớc diclo etan sẽ bị thuỷ phân tạo thành etylen glycol
trong môi trờng kiềm theo phản ứng :

Quá trình tiến hành trong thiết bị gián đoạn, có vỏ bọc ngoài và có máy khuấy.
Ngời ta tiến hành quá trình theo tuần tự : đầu tiên cho dung dịch NaOH vào, sau
đó cho rợu metanol và cuối cùng rót từ từ diclo etan. Sản phẩm thu đợc của quá
trình đợc đem ngng tụ sau đó đem tinh luyện để tách sản phẩm phụ sẽ thu đợc
VC sản phẩm. Hiệu suất của quá trình ( hiệu suất thu sản phẩm VC ) tính theo
diclo etan là 75 85%.
2. Ưu nhợc điểm của phơng pháp
Đây là quá trình tiến hành đơn giản dễ tiến hành, phản ứng tiến hành ở nhiệt độ

thấp ( 60 70
o
C ). Tuy nhiên quá trình tiến hành trong thiết bị gián đoạn, yêu
cầu cần nhiều thiết bị. Chính vì vậy khó tự động hoá cho quá trình và một nhợc
điểm quan trọng nữa là quá trình hao tốn nguyên liệu.
Để khắc phục nhợc điểm trên ngời ta tiến hành quá trình điều chế VC từ EDC
trong pha khí.
II. tiến hành quá trình trong pha khí
1. Cơ sở của phơng pháp
Quá trình đợc tiến hành dựa trên phản ứng phân huỷ nhiệt của EDC :
21
OH
-
CH
2
CH
2
+ H
2
O CH
2
CH
2
+ HCl
Cl Cl OH OH
t
o
CH
2
CH

2
CH
2
CH Cl + HCl
o
298
= 70 kj/mol
Cl Cl
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Phản ứng bắt đầu xảy ra ở nhiệt độ 300
o
C, áp suất khí quyển nhng quá trình đạt
đợc tốc độ cao ở 400 500
o
C .
Quá trình nhiệt phân là quá trình phản ứng xảy ra theo cơ chế chuỗi gốc gồm 3
giai đoạn : khơi mào, phát triển mạch và đứt mạch.
(1) Khơi mào
ClCH
2
- CH
2
Cl

o
t
ClCH
2
- CH
2

*
+ Cl
*
(2). Phát triển mạch:
Cl
*
+ ClCH
2
- CH
2
Cl

ClCH
2
- C
*
HCl + HCl
ClCH
2
- C
*
HCl

CH
2
= CHCl + Cl
*

(3). Đứt mạch:
Cl

*
+ ClCH
2

- C
*
HCl

CH
2
= CHCl + HCl
Quá trình tạo nhiều sản phẩm phụ là sản phẩm của quá trình polyclo hoá, sản
phẩm của quá trình phân huỷ, quá trình tạo cốc Vì vậy cần sử dụng các chất
xúc tác tiến nh : clo, brom, iot, tetraclo cacbon hoặc oxi để tạo thuận lợi cho quá
trình phản ứng chính.
Các quá trình trong công nghiệp đợc tiến hành ở 500 550
o
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 đ ợc sử dụng để giảm nhiệt độ phản ứng, tuy nhiên thời gian sống
của xúc tác thấp và khó khăn về mặt công nghệ làm cho quá trình cracking EDC
có xúc tác không đợc ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp
2. Sơ đồ công nghệ sản xuất VC từ EDC
Thuyết minh sơ đồ dây chuyền :
1: thiết bị phản ứng 7: tháp tách phân đoạn nhẹ
2: tháp tôi 8: tháp tách phân đoạn nặng
3: thiết bị lọc 9: tháp thu hồi EDC
4: tháp tách HCl 10: thiết bị gia nhiệt bốc hơi
5: tháp làm sạch VC thô 11: thiết bị ngng tụ
22

Website: Email : Tel : 0918.775.368
6: tháp tinh chế VC 12: thiết bị lắng tách
EDC nguyên liệu và EDC hồi lu đợc đa qua thiết bị gia nhiệt và bốc hơi tới
nhiệt độ cần thiết (khoảng 215
o
C) sau đó đợc đa vào thiết bị phản ứng dạng lò
ống. Quá trình ở đây đợc làm việc theo nguyên tắc tơng tự quá trình steam
cracking. Tại vùng đối lu, nguyên liệu đợc gia nhiệt tới nhiệt độ phản ứng, phản
ứng thực sự xảy ra trong vùng bức xạ. Sản phẩm khí thu đợc ở đầu ra của thiết bị
phản ứng lò ống có nhiệt độ 500
o
C đợc tôi để tránh các phản ứng phụ xảy ra nối
tiếp bằng cách đa qua tháp tôi tiếp xúc với dòng sản phẩm đã đợc làm lạnh xuống
50
o
C chảy ngợc chiều. Khí sản phẩm sẽ đợc làm lạnh xuống 200
o
C. Quá trình
làm lạnh bổ xung tiếp theo sẽ làm ngng tụ hầu hết nguyên liệu EDC cha phản
ứng, một phần sẽ đợc dùng làm chất tải nhiệt trong tháp tôi. Phần còn lại cùng
với khí không ngng sẽ đợc đa qua tháp chng cất tách sản phẩm phụ HCl. Tại đây
HCl sẽ đợc tách khỏi hỗn ở dạng khí không ngng ở phần đỉnh tháp. Phần đáy của
tháp tách HCl đợc đa sang tháp chng cất làm sạch VC thô. Tại tháp này sản phẩm
VC sẽ nằm trong phần nhẹ đỉnh tháp và tiếp tục đợc đa sang tháp tinh chế làm
sạch VC. Tại tháp tinh chế làm sạch VC hàm lợng HCl đợc giảm từ 500 xuống
10ppm và phần sản phẩm lấy ra từ đáy tháp đợc trung hoà với NaOH. Phần đỉnh
tháp sẽ đợc cho hồi lu trở lại tháp tách HCl
Phần đáy tháp làm sạch VC thô đợc đa qua hệ thống thu hồi EDC và tuần hoàn
lại thiết bị phản ứng gồm 3 tháp chng cất :
- Tách phân đoạn nhẹ làm nhiệm vụ tách phần sản phẩm nhẹ (1 tháp)

- Tách phân đoạn nặng : gồm 2 tháp. Tháp thứ nhất làm việc ở áp suất khí quyển.
Tại tháp này phần lớn EDC đợc tách ra. Tháp thứ hai làm việc trong chân không
sẽ tách phần EDC còn lại.
23
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất
vc từ edc
2
1
3
4
5
vc
n
a
oh
6
n
a
oh
7
8
9
S
ản phẩm
nhẹ
S
ản phẩm
nặng
EDC

edc
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
Hình 1: Sơ đồ dây chuyên công nghệ sản xuất VC từ EDC
24
Website: Email : Tel : 0918.775.368
3. Ưu nhợc điểm của phơng pháp
Ưu điểm của phơng pháp này là tận dụng đợc phần EDC không phản ứng và
tuần hoàn nó trở lại thiết bị phản ứng. Đồng thời tận dụng đợc phần HCl sinh ra.

Tuy nhiên phơng pháp này lại có nhợc điểm là có hiệu suất chuyển hoá thấp.
b. sản xuất VC bằng các quá trình liên hợp
1. Liên hợp clo hoá etylen, tách HCl và hydro hoá C
2
H
2

Quá trình dựa trên các phản ứng sau :
CH
2
=

CH
2
+ HCl

ClCH
2
-

CH
2
Cl (1)
ClCH
2
- CH
2
Cl

CH

2
= CHCl + HCl (2)
HCl từ phản ứng (2) có thể đợc dùng cho phản ứng hydroclo hoá axetylen.
CH

CH + HCl

CH
2
= CHCl
Phản ứng tổng cộng:
C
2
H
2
+ C
2
H
4
+ Cl
2


2 CH
2
= CHCl
Sơ đồ quá trình:
- Với nguồn nguyên liệu đầu là hỗn hợp của axetylen và etylen với tỷ lệ mol 1:1

Hình 2: Sơ đồ quá trình sản xuất VC bằng phơng pháp liên hợp clo hoá etylen,

tách HCl và hydro hoá C
2
H
2
(axetylen và etylen ở dạng hỗn hợp)
-Với nguồn nguyên liệu đầu là hỗn hợp của axetylen va etylen với tỷ lệ mol 1:1
25
Tách VC
Hydroclo hoá
Clo hoá Cracking
EDC
HCl
Clo
Hỗn hợp
axetylen và
etylen với tỷ
lệ 1/1
Clo hoá
Cracking
Tách VC
Hydroclo hoá
EDC
Axetylen
Etylen
HCl