Thiết kế phân xưởng sản xuất axetylen

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Đồ án tốt nghiệp

Phần I: Tổng quan lý thuyết
Chương I
Tính chất của nguyên liệu và sản phẩm
A. Tính chất của nguyên liệu.
I. Một số tính chất chung của Axetylen.

Ta thấy ở điều kiện thường Axetylen là một chất khí không màu, không
độc ở dạng tinh khiết, nó có mùi ete yếu và có khả năng gây mê, Axetylen ở
dạng nguyên chất có vị hơi ngọt.
1. Một số tính chất của Axetylen:
- Trọng lượng riêng: (00C, P = 760mmHg)
- Trọng lượng phân tử:

d= 1,17Kg/m3.

M =26,02kg/Kmol

- Nhiệt dung riêng phân tử:

Chi phí = 0,402 KJ/kg

- Nhiệt độ ngưng tụ:

-38,80C

- Nhiệt độ tới hạn:

35,50C

- áp suất tới hạn:

6,04MaP

- Nhiệt độ thăng hoa:

21,59KJ/mol

- Nhiệt hoá hơi:

15,21 KJ/mol

- Tỉ trọng:

0,686.

Ngoài ra Axetylen còn tan mạnh trong các dung môi hữu cơ, Axetylen
cũng có thể tan trong nước. Độ chọn lọc của Axetylen trong các dung môi
khác nhau, do đó rất quan trọng trong quá trình tinh chế cũng như trong quá
trình bảo quản Axetylen. Khí cháy Axetylen toả ra một lượng nhiệt rất lớn và
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 00C và 1 at axetylen tạo với không khí hỗn hợp nổ trong giới hạn từ

SV: Nguyễn Hữu Tuấn - Hoá Dầu - K8

1

Thiết kế phân xưởng sản xuất VC


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Đồ án tốt nghiệp

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.
C2H2 → 2C + H2
Đây là phản ứng phân huỷ của để tạo thành C và H 2 sự phân rã này xảy
ra không có oxy nhưng có những chất kích hoạt tương ứng (tia lửa, do ma sát,
đốt cháy…).
Có thể nói Axetylen rất dễ dàng tạo hỗn hợp nổ với Clo và Plo và nhất
là khi đưới tác dụng của ánh sáng. Do vậy để giảm bớt khả năng nổ của
Axetylen, khi vận chuyển người ta pha thêm một lượng khí trơ hydrô,
amôniac vào.
Bên cạnh đó Axetylen còn có một tính năng quan trọng khác là khả
năng hoà tan tốt trong nhiều chất lỏng hữu cơ và vô cơ xét về độ hoà tan thì
độ hoà tan của Axetylen là tương đối cao trong các dung môi có cực. Trong
một thể tích nước có thể hoà tan 0,37 thể tích Axetylen.
Nhưng độ hoà tan của Axetylen có thể giảm trong dung dịch muối ăn
và Ca(OH)2. Do vậy chúng ta có thể kết luận rằng nồng độ hoà tan của
Axetylen rất có ý nghĩa trong việc điều chế và tách ra khỏi hỗn hợp khí.
2. Tính chất hoá học.
Axetylen là một hydrô các bua không no, nó có liên kết ba trong phân
tử do đó có khả năng hoạt động hoá học cao. Liên kết ba phân tử Axetylen
được tạo thành do liên kết δ và liên kết π khi tham gia phản ứng hoá học. Các
liên kết ba trong phân tử sẽ bị phá vỡ và tạo thành liên kết đôi hoặc các hợp
chất bão hoà, khi đó Axetylen có khả năng tham gia vào các phản ứng như:

phản ứng thế, phản ứng trùng hợp, kết hợp. Vì vậy từ Axêtylen ta có thể thấy
rằng Axetylen có thể tổng hợp được các sản phẩm khác nhau và có thể ứng
dụng vào nhiều lĩnh vực trong công nghiệp và đời sống.
a. Phản ứng thế.

SV: Nguyễn Hữu Tuấn - Hoá Dầu - K8

2

Thiết kế phân xưởng sản xuất VC


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Đồ án tốt nghiệp

Nguyên tử H của Axetylen do thể hiện tính Axit nên nó có khả năng
tham gia các phản ứng thế với các kim loại kiềm như: Cu, Ag, Ni, Hg, Co,
Zn… tạo thành Axetylenit kim loại rất dễ nổ:
2Me + C2H2 → Me2C2 + H2 (Me: Kim loại kiềm).
+ Na
HC ≡ CH 
→ NaC ≡ CNa + H2.
+2Cu
HC ≡ CH 
→ Cu - C ≡ C - Cu +H2.

Khi Axetylen tác dụng với Axit của kim loại kiềm và kiềm thổ trong
Amôniac lỏng.
HC ≡ CH + MeNH3 → MeC ≡ CH + NH3.

b. Phản ứng cộng hợp.
Phản ứng cộng với Hydrô được tiến hành trên xúc tác Pd ở áp suất 1at
và 250 ÷ 3000C.
Pd
HC ≡ CH + H2 
→ CH2 =CH2, ∆H = -41,7 KCal/md.

Phản ứng cộng H2 với xúc tác Ni và nhiệt độ.
+ Ni
HC ≡ CH + H2 →
CH3 - CH3.
f0

Phản ứng cộng với nước khi đó xúc tác HgSO 4 ở 75 ÷ 1000C tạo
Axetaldehyt.
2+

Ag
HC ≡ CH+H2O 
→ CH3 - CHO, ∆H = -38,8 KCal/mol

Khi Có Oxit kẽm và oxit sắt ở 360 0C 4800C Axetylen tác dụng với hơi
nước để tạo thành Axeton.
ZnO
2HC ≡ CH + H2O 
→ CH3 - CHO + CO2 + 2H2.

Trong đó Axetylen còn có thể tác dụng được với rượu ở điều kiện nhiệt
độ 1600 ÷ 1800C và áp suất p = 4 ÷ 20at có xúc tác của KOH để tạo thành
Vinylete.

KOH
CH = CH + ROH 
→ CH2 = CHO - R

Axetylen tác dụng được với H2S ở điều kiện nhiệt độ 1200C.

SV: Nguyễn Hữu Tuấn - Hoá Dầu - K8

3

Thiết kế phân xưởng sản xuất VC


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Đồ án tốt nghiệp

HC ≡ CH + H2S → CH2 = CH - SH → C2H5OH
Vinyl mercaptan

Etylen mercaptan

+ c 2h 2
h 2c

h5c2 s ch = ch2
+ c2h5sh

ch2
S

h5c2 s(c2h2)2 c2h5
Etylen dietyle Sulfit

Khi Axetylen tác dụng với mercaptan có xúc tác KOH tạo ra Vinylclo
ete:
HC ≡ CH + RSH → CH2 = CH - SR
Khi Axetylen tác dụng với CO và H2 (Cacbonyl hoá) với xúc tác là
Ni(CO)4 tạo ra axit acrylic.
HC ≡ CH + CO + H2O → CH2 = CH - COOH
Cộng với muối halogen tạo hợp chất có đồng phân Cis, trans

H
HC

ch + hgcl2

H
C=C

Cl
H

HCl
Cis

HgCl
C=C

Cl

Trans

H

Cộng với Hglogen
+ Br2
HC ≡ CH + Br2 → CHBr = CHBr 
→ CHBr2 - CHBr2

Ta thấy khi cộng với Cl2 trong pha khí thì phản ứng xảy ra mảnh liệt
hơn và dễ gây nổ, do đó phải tiến hành trong pha lỏng và có xúc tác antimoin
triclorua.
SbCl3 + Cl2 → SbCl5
SV: Nguyễn Hữu Tuấn - Hoá Dầu - K8

4

Thiết kế phân xưởng sản xuất VC


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Đồ án tốt nghiệp

CH ≡ CH + 2SbCl5 → CHCl2 = CHCl2 +2SbCl3
Ngoài ra Axetylen còn phản ứng cộng với nhiều axit vô cơ và hữu cơ
để tạo thành các vinyl có giá trị trong công nghiệp.
Phản ứng cộng với HCl, phản ứng trong pha hơi ở 150 0 ÷ 1800C lò xúc
tác HgCl2 than hoạt tính, còn trong pha lỏng dùng xúc tác CuCl 2 để thu được

VC.
HC ≡ CH + HCl → CH2 = CH - Cl
Phản ứng cộng với H2SO4 để tạo thành Vinyl sunfua.
HC≡ CH + H2SO4 → CH2 = CH - O - SO3H
ở nhiệt độ 800C có CuCl2 và NH4Cl làm xúc tác Axetylen tác dụng với
HCN tạo thành ảcy lonitril:
HC ≡ CH + HCN → CH2 =CH-CN
Tác dụng với Axit Axetic ở 180 ÷ 2000C ở pha hơi có xúc tác là Axetat
Zn trên than hoạt tính hoặc Cd trên than hoạt tính hoặc Hg trên than hoạt tính
tạo ra Vinyl Axetat.
- Axetylen tác dụng với rượu.
CH ≡ CH + C2H5OH → CH = CHOCOCH3

o ch =ch2
OH+
Axetylen tác dụng với Axit Amin.
HC ≡ CH + RCO - NH2 → RCO - NH - CH = CH2
c. Phản ứng trùng hợp của Axetylen.
Phản ứng polime hoá trong môi trường HCl tạo thành Vinyl axetylen
Xt,80 C
2HC ≡ CH 

→ H2C = CH - C ≡ CH
0

ở nhiệt độ 6000C trên than hoạt tính Axetylen trùng hợp tạo thành
Benzen.
3HC ≡ CH → C6H6
SV: Nguyễn Hữu Tuấn - Hoá Dầu - K8

5

Thiết kế phân xưởng sản xuất VC


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Đồ án tốt nghiệp

3. Các phương pháp điều chế Axetylen.
Trong công nghiệp Axetylen chủ yếu được sản xuất từ hai nguồn
nguyên liệu chính là cácbua canxi và hyđrô cácbon (ở dạng rắn, lỏng và khí).
Hiện nay ở Mỹ và các nước Châu Âu khác sản xuất Axetylen từ hydrô
cácbon, còn ở Italia, Nhật Bản, Nam Phi, ấn Độ sản xuất Axetylen từ cacbua
canxi so với nhiều nước trên thế giới ở Việt Nam chúng ta do điều kiện thuận
lợi sẵn có cả cácbua canxi và hydro cacbon nên rất dễ dàng cho việc sản xuất
Axetylen từ hai nguồn nguyên liệu trên.
a. Sản xuất Axetylen từ cacbuacanxi.
Phản ứng chính của quá trình:
0

600 C
CaO + 3C 
→ CaC2 + CO

Nhìn chung chỉ có khoảng 70 ÷ 80% Canxi cacbua tham gia phản ứng
vì vậy trong sản phẩm luôn chứa từ 12 ÷ 15% CaO.
- Tác dụng với nước và Cacbua Canxi để tạo ra Axetylen và vôi tốt:
CaC2 + H2O → C2H2 + CaO
Ta thấy nhiệt toả ra khi phân huỷ cacbua Canxi kỹ là tổng nhiệt của

phản ứng tác dụng của cacbua canxi với nước và tác dụng vôi với nước.
CaO + H2O → Ca(OH)2
Khi sử dụng cácbon 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 dó
sẽ xảy ra các phản ứng phụ.
MgO +3C → MgC2 + CO
Ca3(PO4)2 + 8C → Ca3P2 + 8CO
Do trong phản ứng có lẫn nhiều tạp chất mà bản thân các tạp chất này
khó tách ra khỏi hỗn hợp phản ứng, do đó nếu muốn tách ra thì chúng ta chỉ
có thể tách một phần do việc loại xỉ. Chính vì vậy mà Axetylen tạo thành luôn
có lẫn một lượng hợp chất như: PH3, NH3, SiH2, CH4, H2, CO2 và CO… Do
đó Axetylen tạo ra luôn phải qua giai đoạn làm sạch. Có thể dùng andehyt
SV: Nguyễn Hữu Tuấn - Hoá Dầu - K8

6

Thiết kế phân xưởng sản xuất VC


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Đồ án tốt nghiệp

eromic trên đất nung hoặc dùng nước Javen để làm sạch. Sau đó Axetylen
thành phẩm được rửa bằng kiểm để trung hoà Axit và sấy khô bằng H 2SO4
hoặc CaCl2.
Từ CH4:
0

400 ÷600 C

→ C2H2 + 3H2
2CH4 
Ni

Oxi hoá metan:
0

1500 C
4CH4 + O2 
→ 2C2H2 + 2CO2 + 4H2

Ta thấy Axetylen sản xuất theo phương pháp Canxi Cacbua thì chi phí
năng lượng điện tiêu tốn lớn, vốn đầu tư cao nên ngày nay Axetylen chủ yếu
được sản xuất theo phương pháp nhiệt phân hydrô các bon và quá trình sản
xuất theo phương pháp nhiệt phân hydrô cácbon. Và quá trình xảy ra một giai
đoạn cho phép tổng hợp Axetylen khi sản xuất ra lại sạch hơn.
b. Sản xuất Axetylen từ Hyđrô cacbon.
Nhìn chung trước chiến tranh thế giới thứ hai để sản xuất Axetylen
người ta chủ yếu dùng nguyên liệu là CaC 2. Nhưng trong thời gian gần đây
tính từ những năm 50 trở đi thì Axetylen chủ yếu được sản xuất từ hydrô
cacbon. Với mục đích nhằm xác định các điều kiện biến đổi của hydrô cácbon
parafin thành Axetylen… và cũng trong thời gian này nhờ sự phát triển của
Cracking nhiệt và nhiệt phân hydro cacbon để sản xuất olêfin do đó các nhà
nghiên cứu đã tích luỹ được kinh nghiệm cả về lý thuyết lẫn thực tế để cho
phép phát triển và thiết kế các thiết bị sản xuất Axetylen: trong công nghệ này
hydro cacbon bị nhiệt phân ở nhiệt độ cao (tới 1100 ÷ 15000C) trong điều kiện
đoạn nhiệt độ và thời gian phản ứng rất ngắn (từ 0,005 ÷ 0,02 giây). Sau đó
sản phẩm được nhanh chóng làm lạnh để hạ nhiệt độ xuống nhằm hạn chế các
phản ứng phân huỷ Axetylen. Quá trình phân huỷ hydro cácbon thành
Axetylen bao gồm các phản ứng thuận nghịch sau, với nguyên liệu là hydrô

cacbon nhẹ như CH4 và C2H6.
2CH4 ƒ

C2H2 + 3H2;

SV: Nguyễn Hữu Tuấn - Hoá Dầu - K8

∆H0298 = 87,97 KCal/mol
7

Thiết kế phân xưởng sản xuất VC


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

C2H6 ƒ

Đồ án tốt nghiệp

C2H2 + 2H2;

∆H0298 = 71,7 KCal/mol

Các phản ứng này đều là phản ứng thu nhiệt và điển hình là phản ứng
tăng thể tích, cân bằng của chúng chỉ dịch chuyển về phải khi nhiệt độ khoảng
100 ÷ 3000C (hình 1).

Hình 1: Đường cong độ chuyển hoá cân bằng của metan và etan thành
Axetylen ở 0,1 Mpa
Tuy nhiên trong thực tế với mục đích tăng vận tốc phản ứng thì cần một

nhiệt độ lớn hơn từ 1500 ÷ 16000C đối với CH4 và 12000C đối với Hydrô
cacbon lỏng, khi nhiệt phân parafin, phản ứng tạo thành Axetylen có cơ chế
chuỗi gốc trong chuỗi chuyển hoá CH4 và C2H6 có thể được trình bày sau:
-

2 ch4

2H

2 ch3

ch3 ch3

-2H 2 ch
2

h2

2*CH

ch2 = ch2

h2

CH

CH

Nhìn chung trong các khí thu được ngoài những parafin vào olêfin phân
tử thấp còn một lượng nhỏ benzen nhóm Axetylen - metylaxetylen (CH 3 - C SV: Nguyễn Hữu Tuấn - Hoá Dầu - K8

8

Thiết kế phân xưởng sản xuất VC


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Đồ án tốt nghiệp

CH3)… Tuy chế biến Axetylen bằng phương pháp này là khá phức tạp do xảy
ra nhiều phản ứng phụ mà chủ yếu là phân huỷ C 2H2 thành C và H2, phản ứng
này mãnh liệt nhất ở 10000C và đạt tốc độ lớn ở 1200 ÷ 16000C nghĩa là khi
đạt nhiệt độ yêu cầu để có được C 2H2, kết quả quan sát những hệ phản ứng
liên tiếp, trong Axetylen tạo thành bị phân huỷ thành H2 và C (muội than).
3H 2
2CH 4 

→ C 2 H 2 → 2C +H 2

Ngoài ra trong quá trình còn xảy ra những phản ứng không mong muốn
cũng tạo muội như phản ứng.
CH4 → C + 2H2
2H 2
2C 2 H 4 
→ C 2 H 4 → 2C + 2H 2

C2H6 ↔ 2C + 3H2
Cũng như nhiều trường hợp khác, việc điều chỉnh hiệu suất sản phẩm
trung gian có thể đạt được nhờ sự giảm mức độ chuyển hoá hydro cacbon ban

đầu bằng cách giảm thời gian phản ứng. Do hiệu suất Axetylen cao nhất khi
sự cố hoá xảy ra với mức độ chuyển hoá hyđrô cacbon ban đầu là 150 0C và
thời gian lưu trong vùng phản ứng là 0,01 giây và để tránh sự phân rã tiếp
theo của C2H2 cần phải tôi thật nhanh khi phản ứng (phun nước). Khi đó nhiệt
độ giảm nhanh đến giá trị mà sự phân rã C2H2 không xảy ra.
Cơ chế của quá trình
Quá trình nhiệt phân hyđrô cacbon khí hay phân đoạn đầu chúng ta
hiểu phần nào cơ cấu biến đổi nhiệt của Hyđrô cacbon khác nhau trong
nguyên liệu nhưng chỉ điều kiện nhiệt độ cao vừa phải (từ 700 ÷ 8000C).
Trong khi đó phản ứng tạo thành C 2H2 lại tiến hành ở nhiệt độ cao (trên
10000C) và cơ cấu cũng chưa nghiên cứu cụ thể, vì chưa có một lý thuyết
thống nhất tạo thành C2H2. Khi phân huỷ nhiệt hyđrô cacbon trong khoảng
1100 ÷ 15000C. Tuy nhiên những nghiên cứu đã cho thấy giả thuyết đi đến sự
thay đổi cơ cấu Cracking khi chuyển hoá ở nhiệt độ cao là làm chậm đi các
SV: Nguyễn Hữu Tuấn - Hoá Dầu - K8

9

Thiết kế phân xưởng sản xuất VC


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Đồ án tốt nghiệp

phản ứng phát triển mạnh theo cơ cấu gốc tự do và làm tăng tốc độ của quá
trình phân huỷ khỉư cấu trúc phân tử. Các phản ứng bậc hai tạo thành các sản
phẩm ngưng tụ và tạo cốc xảy ra trong khoảng 900 ÷ 10000C. Song ở nhiệt độ
cao chúng ta lại thấy phản ứng phân huỷ tạo thành Hyđrô, muội cácbon và
Axetylen. Chẳng hạn khi nghiên cứu sự phân huỷ của Metan trên đây thì

cácbon đốt nóng đến 1500 ÷ 17000C (từ đây các sản phẩm tạo ra nhanh chóng
được tách ra khỏi môi trường phản ứng) ta 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:
Từ:

CH4 → [CH2] + H2
[CH2] + CH4 → C2H6
C2H6 → C2H4 + H2
C2H4 → C2H2 + H2
C2H2 → 2C + H2

Từ đây chúng ta có thể khẳng định được rằng với tiềm năng dầu khí
của nước ta mà thành phần chính của khí khi khai thác được hầu hết là parafin
nên hiệu suất chuyển hoá cao. Vì vậy việc khai thác và xây dựng các nhà máy
nhằm phát triển sản xuất Axetylen từ khí thiên nhiên và khí đồng hành là rất
tốt.
c. So sánh hai phương pháp sản xuất Axetylen.
Nhìn chung hai quá trình sản xuất Axetylen từ hyđro cacbon và
cacbuacanxi là rất phù hợp. Song chúng vẫn có những ưu và nhược điểm.
Đối với quá trình sản xuất Axetylen đi từ hyđro cacbua là quá trình xảy
ra theo một hướng, do đó cần vốn đầu tư và năng lượng ít hơn , bên cạnh đó
lại có nguồn nguyên liệu là khá rồi dào. Tuy vậy nó vẫn có một số nhược
điểm là: sản xuất Axetylen đi từt hyđro cacbon thì sản phẩm Axetylen thu
được là loãng và cần phải có một hệ thống tách và làm lạnh phức tạp.

SV: Nguyễn Hữu Tuấn - Hoá Dầu - K8

10

Thiết kế phân xưởng sản xuất VC


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Đồ án tốt nghiệp

Còn đối với quá trình sản xuất Axetylen đi từ Canxicacbua cũng có một
số ưu điểm là có nguồn nguyên liệu dồi dào do nước ta có điều kiện thuận lợi
về than đá và đá vôi, sản phẩm là Axetylen thu được đậm đặc có độ sạch cao
(99,9%) do đó có thể dùng bất cứ cho quá trình tổng hợp nào.
Tuy vậy nó vẫn còn có một số nhược điểm là: Chi phí năng lượng lớn
(cho việc thu được C0C2) và vốn đầu tư cho sản xuất lớn việc vận chuyển
nguyên liệu khó khăn và điều kiện làm việc nặng nhọc.
II. Tính chất của etylen.

1. Tính chất lý học
Etylen là một chất khí không màu ở điều kiện thường có:
 Nhiệt độ sôi là

: 103,80C

 Nhiệt độ nóng chảy

: -169,20C

 Tỷ trọng nhiệt độ sôi : 0,5700C
 Nhiệt độ tới hạn

: -136,10C

 áp suất tới hạn

: 4,95 Mpa.

Thống kê các số liệu trên ta thấy etylen chỉ có thể hoá lỏng ở nhiệt độ
thấp, áp suất cao và làm lạnh ở bằng NH3 sôi.
Giới hạn nồng độ hỗn hợp nổ với không khí là 30/32% thể tích. Bên
cạnh đó etylen có một số tính chất khác nữa là: etylen dễ hoà tan trong dung
môi có cực (axeton, fufurol…) ở nhiệt độ 0 0C thì cứ 4 thể tích nước hoà tan
trong một thể tích etylen.
Etylen bền khi nhiệt độ dưới 3500C, ở trên nhiệt độ này thì nó bắt đầu
phân huỷ.
2. Tính chất hoá học.
Etylen là một hyđrô các bon không no có chứa một liên kết đôi C = C
trong phân tử, trong liên kết đôi có một liên kết δ do sự xen phủ trục của hai
electron lai tạo và một liên kết π, do sự xen phủ bềncủa hai electron p, tất cả
các nguyên tử nối với hai nguyên tử cácbon đều nằm trên một mặt phẳng với
SV: Nguyễn Hữu Tuấn - Hoá Dầu - K8

11

Thiết kế phân xưởng sản xuất VC


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Đồ án tốt nghiệp

hai cacbon đó và gốc hoá trị ở mỗi cácbon mang nối đôi bằng 120 0. Hai trục

của electron p song song nhau tạo thành mặt phẳng π thẳng góc với mặt
phẳng.
Thực chất liên kết π tạo thành là do obitan liên kết π có mật độ
electron bao phủ cả phía trên lẫn dưới hai nguyên tử các bon mang nối đôi khi
liên kết đôi có độ dài liên kết bằng 1,34 A 0 ngắn hơn so với liên kết đơn
(1,54A0). Năng lượng liên kết đôi C = C bằng 145,8 KCal/mol trong khi đó
liên kết đơn chỉ bằng 82,6 KCal/mol, ở đây ta thấy rằng năng lượng liên kết δ
lớn hơn năng lượng của liên kết π và bằng 145,8 - 82,6 = 63,2 KCal/mol. Như
vậy năng lượng liên kết δ lớn hơn năng lượng liên kết π và độ chênh lệch vào
khaỏng 20KCal/mol điều này giải thích tính chất kém bền của liên kết π và
khả năng phản ứng cao của liên kết đôi. Các phản ứng quan trọng nhất của
Etylen là phản ứng cộng, phản ứng oxi hoá và phản ứng trùng hợp.
a. Phản ứng cộng.
Đặc trưng của etylen là phản ứng cộng và liên kết đôi, ở đây liên kết
đôi thực chất là liên kết π lại bị bẻ gẫy và kết hợp với hai nguyên tử hoặc hai
nhóm nguyên tử mới tạo ra hợp chất no.
- Với H2:
CH2 = CH2 + H2 → CH3 - CH3 + 32,8 Kcal/mol.
đây có thể coi là phản ứng toả nhiệt.
- Với Halogen: Khi cộng vào nối đôi etylen rất dễ dàng tạo ra dẫn xuất
đi halogen, có hai halogen dính ở nguyên tử Cacbon cạnh nhau.
CH2 = CH2 + Cl2 → CH2Cl - CH2Cl (1,2 dicloetan).
- Với halogenua: (HX) khi cộng liên kết đôi của etylen cho dẫn xuất
mônô halogen, phản ứng xảy ra khá dễ dàng đối với hydro iotdua và khó nhất
đối với hydrô Clorua.
CH2 = CH2 + HI → CH3 - CH2 - I (Etyl Iotdua).

SV: Nguyễn Hữu Tuấn - Hoá Dầu - K8

12

Thiết kế phân xưởng sản xuất VC


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Đồ án tốt nghiệp

- Tác dụng với dung dịch nước Clo hoặc Br cho sản phẩm là các
halogen Hydrin. Trong trường hợp có tác nhân hoạt động là axit Hypoclorơ
CH2 = CH2 + HOCl → HOCH2 - CH2Cl (etylen Clohydrin).
- Với nước:
CH2 = CH2 + H2SO4 → CH3 - CH2 - OSO3H (Etyl Sunfat axit).
b. Phản ứng oxi hoá.
Oxi hoá đến etylen axetan dehit trong dung dịch HCl pha lỏng chứa
Clorua Pd và đồng. Thuỷ phân phức chất này cho axetandehit và kim loại Pd.
H 2O
CH 2 = CH 2 + PdCl 2 → [ C 2 H 4 PdCl 2 ] 
→ CH 3 − CH =Pd +2H + + 2Cl 2

c. Phản ứng trùng hợp.
Quá trình trùng hợp toả nhiều nhiệt khoảng 800 KCal/Kg (trùng hợp ở
thể khí): nCH2 = CH2 → [-CH2 - CH2 - ]n

(Polyetylen).

3. Điều chế Etylen.
Trong phòng thí nghiệm Etylen thường điều chế từ Rượu etylic bằng
cách dùng H2SO4 đặc cho bay hơi đi qua γ-Al2O3 ở nhiệt độ cao.
Tách nước từ rượu khi tác dụng với H 2SO4 đậm đặc với etanol ở

160÷1700C ta được etylen.
0

H 2 SO 4 170 C
C2H5OH 
→ C2H4 + H2O
0

H 2 SO4 600 C
C 2 H 5 OH 
→C 2 H 4 +H 2 O

Trong công nghiệp người ta điều chế etylen từ khí than cốc và đặc biệt
là Cracking dầu mỏ.
Cũng có thể điều chế etylen bằng cách hydrô hoá khí Axetylen có xúc
tác:
Xt
CH ≡ CH + H2 
→ CH2 = CH2.

SV: Nguyễn Hữu Tuấn - Hoá Dầu - K8

13

Thiết kế phân xưởng sản xuất VC


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Đồ án tốt nghiệp

III. Tính chất của Axit HCl.

Tính chất của HCl là một chất khí không màu, có mùi hắc và gây kích
thích niêm mạc, rất độc. HCl tan mạnh trong nước, nó ở dạng khan và không
có khả năng ăn mòn kim loại, là một khí bền nhiệt. Chỉ bị phân huỷ nhẹ nếu
nhiệt độ trên 150C.
HCl dạng nguyên chất không có màu, có tỷ trọng d = 1,35 g/m 3, có
phân tử lượng bằng 36,5 là một axit điển hình, đứng trước H 2 trong dãy điện
hoà, HCl là một axit mạnh dung dịch có nồng độ lớn khoảng 35%. HCl mang
đầy đủ các tính chất của một axit mạnh như:
- Tác dụng với kiềm:
HCl + NaOH → NaCl + H2O
- Tác dụng với muối:
2HCl + CaCO3 → CaCl2 + H2O + CO2
- Tác dụng với kim loại:
2HCl + Mg → MgCl2 + H2
- Tác dụng với Axetylen:
HCl + CH ≡ CH → CH2 = CH2.
* Các phương pháp sản xuất HCl phổ biến trên thế giới sản xuất H 2SO4
và NaOH.
NaCl + H2SO4 → NáHO4 + HCl
2NaCl + H2SO4 → Na2SO4 + 2HCl
Phương pháp Hargreaver.
S + O2 → SO2
2NaCl + 2SO2 + O2 + 2H2O → 2Na2SO4 + 4HCl

SV: Nguyễn Hữu Tuấn - Hoá Dầu - K8

14

Thiết kế phân xưởng sản xuất VC


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Đồ án tốt nghiệp

Phản ứng tổng hợp H2 và Cl2.
H2 + Cl2 → 2HCl
Phương pháp thu HCl như một sản phẩm phụ của quá trình Clo các hợp
chất hữu cơ.
B. Tính chất của sản phẩm V-C.
I. Tính chất lý học

Vinyl Clorua (VC) là một chất khí không màu, có mùi ete nhẹ (ở áp
suất thường) có công thức phân tử là C2H3Cl.
Nó có một số tính chất sau:
 Trọng lượng riêng

:

0,969 g/cm3.

 Trọng lượng phân tử :

M= 62,5 Kg/mol

 Nhiệt độ đóng rắn

:

-153,70C.

 Nhiệt độ ngưng tụ

:

-13,90C

 Nhiệt độ tới hạn

:

1420C

 Nhiệt độ bốc cháy

:

415 KCal/kg

 Nhiệt độ nóng chảy

:

18,4 KCal/kg

rất khó hóa lỏng

 Nhiệt độ bốc hơi ở 250C:

78,5 KCal/kg

 Nhiệt tạo thành

:

-83 ± 8 KCal/Kg

 Nhiệt trùng hợp

:

-366 ± 5 KCal/kg

 Nhiệt dung riêng của VC lỏng ở 250C: 0,83 KCal/kg độ.
 Nhiệt dung riêng của VC hơi ở 250C: Chi phí = 0,207 KCal/kg độ
 Hệ số khúc xạ của VC lỏng: N0 = 1,83
 Tỷ trọng: Công thức thực nghiệm tính tỷ trọng của VC lỏng được
xác định như sau:
d = 0,9471 - 0,176 . 102. t - 0,324 .105. t2
Trong đó:

d: Là tỉ trọng của VC lỏng, g/cm2
t: nhiệt độ của VC lỏng, 00C.

Ta có bảng sau:
SV: Nguyễn Hữu Tuấn - Hoá Dầu - K8

15

Thiết kế phân xưởng sản xuất VC


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Đồ án tốt nghiệp

Bảng 1: Tỷ trọng của VC phụ thuộc vào nhiệt độ.
Nhiệt độ (0C)
Tỷ trọng

-15
0,9730

25
0,9014

áp suất hơi: Ta có công thức thực nghiệm tính áp suất hơi của VC
EgP = 0,8420 Trong đó:

1130,9
= 1,75LgT - 0,002415.T
T

P: áp suất hơi của VC (at)
T: nhiệt độ hơi của VC (0C)

Bảng 2: áp suất hơi của VC.

Nhiệt độ (0C)
áp suất (mmHg)

-87,50
10

-55,8
100

-13,37
760

62,2
2258

46,8
5434

- So với Axetylen, etylen hay HCl thì độ tan trong nước ở 1 Axetaldehit
là 0,5 trọng lượng.
- Giới hạn nồng độ nổ của hỗn hợp với không khí là từ 3,62 ÷ 26,6%
thể tích.
- Tính độc củaVC: VC độ hơn so với Clorua etyl và ít độ hơn Clofooc
và tetra Clorua Cacbon, VC có khả năng gây mê qua các bộ phận hô hấp của
con người và cơ thể động vật. Khi tiếp xúc với VC thì chỉ trong 3 phút chúng
ta có thể bị choáng váng. Nếu tiếp xúc với thời gian lâu hơn thì có thể bị gục
ngã. Nếu hàm lượng VC trong không khí là 0,5% thì con người có thể làm
việc trong vài giờ mà không có tác dụng sinh lý nào.
II. Tính chất hoá học.

- VC có công thức hoá học: CH2 = CHCl
- Công thức cầu tạo của VC:

H H
H=C
H Cl

SV: Nguyễn Hữu Tuấn - Hoá Dầu - K8

16

Thiết kế phân xưởng sản xuất VC


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Đồ án tốt nghiệp

Do có liên kết đôi và nguyên tử Clo linh động (Clo có độ âm điện lớn)
nên các phản ứng hoá học của VC là phản ứng của liên kết đôi và phản ứng
của nguyên tử Clo linh động.
VC là một chất không tan trong nước nhưng nó có khả năng tan trong
các dung môi hữu cơ như Axetôn, Rượu etylic, hydro cacbon thơm và hydro
cacbon mạch thẳng.
Nhìn chung trong phân tử VC có một liên kết nối đôi và một nguyên tử
Clo linh động, do đó phản ứng hoá học chủ yếu là những phản ứng kết hợp
hoặc phản ứng của nguyên tử Clo trong phân tử VC.
Dưới đây là những phản ứng và VC có khả năng tham gia.
1. Phản ứng nối đôi.
a. Xét phản ứng cộng hợp.

VC cho tác dụng với halogen cho ta 1,2 dicloetan trong điều kiện môi
trường khô ở 140 ÷ 1500C hoặc 800C và có chiếu sáng xúc tác là SbCl3. Do đó
khi có xúc tác của AlCl3 thì VC phản ứng với HCl.
CH2 = CHCl + HCl → Cl - CH3Cl
Với H2:
CH2 = CHCl + H2 → CH3 - CH2Cl
Khi xảy ra phản ứng oxi hoá của VC ở nhiệt độ từ 50 ÷ 1500C thì sự có
mặt của HCl sẽ dễ dàng tạo ra mônoaxetandehit.
CH2 = CHCl +

1
O2 → Cl - CH2 - CHO
2

Do phân tử có chứa nối đôi nên VC có thể tham gia vào phản ứng trùng
hợp tạo PVC, đây là một sản phẩm quan trọng.
2CH2 = CHCl → [- CH2 - CH - ]n


Cl
2. Phản ứng của phân tử Clo.
Ta xét phản ứng thủy phân.
SV: Nguyễn Hữu Tuấn - Hoá Dầu - K8

17

Thiết kế phân xưởng sản xuất VC


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Đồ án tốt nghiệp

Khi đun nóng với kiềm HCl bị tách ra khỏi VC cho ta axetylen.
+ NaOH
CH 2 = CHCl →
CH ≡ CH +NaCl +H 2 O

Khi cho tác dụng với acolat hay fenolat cho ta este VC.
CH2 = CHCl + RONa → CH2 = CHOR + NaCl
Để tạo được hợp chất cơ kim:
CH2 = CHCl + Mg → CH2 = CH - Mg - chất lượng
Từ đây ta có thể khẳng định được rằng nếu trong điều kiện không có
không khí ở 4500C thì VC có thể bị phân huỷ và tạo thành Axetylen và HCl,
cũng từ đó do quá trình phản ứng izome hoá Axetylen lại tiếp tục phản ứng và
tạo ra một lượng nhỏ 2 - chất lượng - 1,3 - butadien, còn trong điều kiện có
không khí thì VC sẽ bị oxi hoá - hoàn toàn và tạo thành CO2 và HCl.
* Bảo quản VC.
Trước đây do công nghệ và kỹ thuật sản xuất còn hạn chế nên khi sản
xuất ra VC muốn bảo quản được lâu và đảm bảo an toàn cho công tác vận
chuyển người ta thường phải cho một lượng nhỏ Phenol để ức chế quá trình
phản ứng Polime hoá.
Ngày nay với các phương pháp và công nghệ sản xuất hiện đại, con
người đã sản xuất ra được loại VC với độ tinh khiết cao mà không cần chất ức
chế trong bảo quản đồng thời do được làm sạch với nước nên VC không có
khả năng gây ăn mòn và có thể bảo quản được trong các thùng thép cácbon
thường.

SV: Nguyễn Hữu Tuấn - Hoá Dầu - K8

18

Thiết kế phân xưởng sản xuất VC


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Đồ án tốt nghiệp

Chương II: Các phương pháp sản xuất vinyl clorua
Thường thì vào những năm 1830 của thế kỷ trước do công nghệ và kỹ
thuật còn kém nên VC chỉ được sản xuất dựa trên phản ứng dehydro hoá 1,2
diCloetan, song mãi đến 1902 nhờ nhận được phản ứng Cracking nhiệt 1,2
diCloetan. Nhưng tất cả đều không mấy khả quan, do đó buộc các nhà khoa
học phải có nhiều công trình nghiên cứu và đưa ra nhiều phương pháp có tính
tối ưu hơn, và sau nhiều năm nghiên cứu họ đã đưa ra được các phương pháp
có tính khả quan sau:
 Nhiệt phân diCloetan - 1,2
 Sản xuất từ etylen
 Phương pháp liên hợp
 Clo hoá etan
 Hydrô hoá Axetylen
I. Sản xuất VC đi từ 1,2 diCloetan.

Với công nghệ của quá trình sản xuất VC đi từ 1,2 diCloetan có thể sử
dụng theo hai phương pháp sau:
 Kiềm hoá đềhydrô hoá trong pha lỏng.
 Nhiệt phân trong pha hơi.
Phản ứng chính:
Cl - CH2 - CH2 - Cl → CH2 = CH - Cl + HCl: ∆H298 = 100,2 KJ/mol

1. Quá trình trong pha lỏng.
So với nhiều quá trình khác thì quá trình điều chế VC thì phản ứng
được thực hiện trong thiết bị hình trụ kiểu đồng trục, với thiết bị có vỏ bọc
ngoài và có cánh khuấy. Để tiến hành phản ứng đầu tiên ta có dung dịch
NaOH tiếp sau đó là rượu và cuối cùng là diCloetan (Cho từ từ), từ đây VC
được tạo thành theo phản ứng sau:
Cl - CH2 - CH2 - Cl + 2NaOH → CH2 = CH - Cl + NaCl + H2O
SV: Nguyễn Hữu Tuấn - Hoá Dầu - K8

19

Thiết kế phân xưởng sản xuất VC


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Đồ án tốt nghiệp

Đúng theo tỉ lệ thì cứ 1 lít diCloetan thì cần 1,1 lítdung dịch kiềm (42%
NaOH) và 0,26 lít rượu metylic, nhưng do rượu etylic hoà tan trong diCloetan
và nhiều nên phản ứng phải tiến hành trong môi trường đồng thể có nghĩa là
nhiệt độ phản ứng phải đạt 60 ÷ 700C thời gian từ 4 ÷ 5 giờ, áp suất trong thiết
bị là 0,2 ÷ 0,4 axetan dehit. Cần lưu ý trong quá trình xảy ra phản ứng không
nên cho dư kiềm vì dễ bị phân huỷ và tạo thành Axetylen.
Cl - CH2 - CH2 - Cl + 2NaOH → CH ≡ CH + 2NaCl + 2H2O
Trong quá trình phản ứng nếu có dư nước diCloetan để dễ bị thủy phân
trong môi trường kiềm và tạo thành etylen glycol.
Khi sản phẩm tạo thành gồm có VC, diCloetan, rượu, nước thì ta tiến
hành ngưng tụ để tách riêng. Và hiệu suất của VC được tính theo dicloetan là
75 ÷ 85%.

Nói chung quá trình làm việc trong pha lỏng là một quá trình khá hiệu
quả trong nó vẫn còn có một số nhược điểm đó là quá trình làm việc gián
đoạn.
 Đòi hỏi nhiều thiết bị
 Khó tự động hoá
 Hao tốn nhiều nguyên liệu để tách riêng.
 Cứ 1 tấn VC thì phải cần có 0,82 tấn kiềm rắn và 92 g rượu.
Do vậy để có biện pháp khắc phục nhược điểm này ta cần tiến hành
nhiệt phân không xúc tác hoặc có xúc tác diclo etan trong pha khí.
2. Quá trình trong pha hơi.
Để tiến hành quá trình sản xuất VC trong pha hơi trước tiên ta tiến hành
thổi diCloetan qua than hoạt tính ở nhiệt độ 480 ÷ 5200C. Khi đó than hoạt
tính sẽ nằm trong ống có đường kính là 50mm và chiều cao 6m, ở đây các sản
phẩm khí gồm 37,5% VC, 40,8% HCl, 20,5% diCloetan không phản ứng hết
và 1,2% là sản phẩm phụ. Lúc này hỗn hợp sản phẩm được đem đi làm lạnh ở
00C trong thiết bị ống chùm để đi Cloetan ngưng tụ. Giai đoạn tiếp theo ta
SV: Nguyễn Hữu Tuấn - Hoá Dầu - K8

20

Thiết kế phân xưởng sản xuất VC


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Đồ án tốt nghiệp

dòng nước rửa để tách các sản phẩm phụ. Sau đó tat sẽ dùng kiềm trung hoà
và dùng H2SO4 để sấy. Ta tiến hành làm lạnh khí đến -150=C và tiến hành tinh
luyện.

Trong quá trình tinh luyện do phản ứng phải tiến hành ở nhiệt độ cao
nên rất có thể xảy ra các phản ứng phụ tạo thành etylen và Clo.
Cl - CH2 - CH2 - Cl → CH2 = CH2 + Cl2
Do lượng VC thu được ít nên để hạ thấp nhiệt độ phản ứng người ta
dùng các xúc tác có khả năng tách Clo với một lượng 0,5 ÷ 1% và ở nhiệt độ
3700C, lúc này hiệu suất của VC đạt 70%. Với điều kiện và thời gian như vậy
nếu để tiến hành ở 4000C không có xúc tác thì hiệu suất VC chỉ đạt 2% . Từ
đó để tránh các phản ứng tiến hành ở nhiệt độ cao và nhằm đạt hiệu suất của
VC cao hơn người ta thường dùng xúc tác cho phản ứng là clo và oxi.
Từ:
Cl2 → 2Cl
Cl g +ClCH 2 −CH 2 Cl → ClCH 2 C gHCl +HCl
ClCH 2 C gHCl → CH 2 = CHCl +Cl g
Cl g + Cl g → Cl 2
Quá trình phản ứng xảy ra và và hiệu suất của phương pháp đạt 85%,
và có thể khẳng dịnh được rằng phương pháp này có nhiều ưu điểm hơn so
với phương pháp dùng dung dịch kiềm rượu trong pha lỏng, tuy nhiên nó vẫn
không được dùng rộng rãi trong công nghiệp về quá trình tách và làm sạch
các chất nằm trong khí sản phẩm thu được gây ảnh hưởng xấu cho quá trình
trùng hợp VC để tạo PVC.
* Thuyết minh dây sản xuất (hình 1).
Nguyên liệu là diClo etan được đưa vào trong thiết bị bay hơi (1) ở
phần trên của lò ống, trong lúc này pha hơi tiếp tục đưa vào ở vùng nhiệt
phân. Sau khi nhiệt phân hỗn hợp ở trong thiết bị bay hơi được đưa sang thiết
bị trao đổi nhiệt (2) rồi làm lạnh ở (3). Sau đó hỗn hợp tiếp tục được đưa sang
tháp chưng cất (4) để tách axit HCl. Các quá trình diễn ra liên tục và VC được
SV: Nguyễn Hữu Tuấn - Hoá Dầu - K8

21

Thiết kế phân xưởng sản xuất VC


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Đồ án tốt nghiệp

chưng cất và lấy ra ở đỉnh tháp (8). Và để loại bỏ HCl và DCE, VC tiếp tục
được đưa qua tháp rửa kiềm.
DCE sau khi được tách cho qua làm sạch rồi tuần hoàn trở .
II. Công nghệ tổng hợp vinyl clorua từ etylen.

Có thể nói rằng với sự phát triển của nền công nghiệp dầu mỏ. Hiện
nay để đáp ứng nhu cầu đa dạng và ngày càng tăng của nền kinh tế phát triển
trên thế giới đã sản xuất ra rất nhiều phương pháp khác nhau trong đó phương
pháp sản xuất VC đi từ etylen là phương pháp mới có nhiều ưu điểm nhất đối
với những nước có lượng dầu mỏ lớn đang được khai thác.
1. Cơ chế phản ứng của phương pháp.
Phương pháp cân bằng theo Clo để sản xuất VC đi từ etylen làm một
phương pháp quan trọng trong các quá trình Clo oxi hoá. Nó là sự kết hợp của
3 quá trình.
 Quá trình cộng hợp trực tiếp Clo và etylen tạo thành 1,2 diCloetan.
 Quá trình Dehydrô Clo hoá nhiệt 1,2 - diCloetan thành Vinyl
Clorua.
 Quá trình Clo oxi hoá etylen thành 1,2 - diCloetan với sự tham gia
của HCl tạo ra khi dehydro Clo hoá.
CH2 = CH2 + Cl2 → ClCH2 = CH2Cl
2ClCH2 - CH2Cl → 2CH2 = CHCl + 2HCl
CH2 = CH2 + 2HCl + 0,5 O2 → ClCH2 - Ch2Cl + H2O
2CH2 = CH2 + Cl2 + 0,5O2 → 2CH2 = CHCl + H2O

Theo kết quả từ etylen, Clo và Oxi sẽ nhận được VC. Trong đó clo
được sử dụng hoàn toàn và không tạo thành HCl. ở phương pháp này không
cần sử dụng Axetylen đắt tiền, do vậy đây là phương pháp kinh tế nhất để
tổng hợp VC. Giá thành mônome nhận được giảm từ 25 ÷ 30% so với phương
pháp hidrô Clo hoá Axetylen.

SV: Nguyễn Hữu Tuấn - Hoá Dầu - K8

22

Thiết kế phân xưởng sản xuất VC


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Đồ án tốt nghiệp

Các phản ứng clo hoá và oxi Clo hoá etylen là hai phản ứng phát nhiệt
nên người ta thường kết hợp nó với phản ứng thu nhiệt là phản ứng dehydro
clo hoá 1,2 dicloetan. Và để đảm bảo năng suất tạo thành VC từ quá trình
tổng hợp trực tiếp VC từ etyloen ta phải tiến hành với một lượng dư etylen ở
mức thấp và nhiệt độ của quá trình tổng hợp không được quá cao mà chỉ được
giới hạn trong khoảng từ 300 ÷ 6000C và hiệu suất VC cao nhất ở khoảng
350÷4500C. Với các quá trình này. Xúc tác thường được sử dụng là xúc tác
muối kim loại chuyển tiếp. Do vậy khi tiến hành ở nhiệt độ cao sẽ khử mất
hoạt tính của xúc tác và bản thân etylen sẽ bị oxi hoá sâu tạo nên CO và CO 2
làm giảm năng suất của quá trình.
Còn đối với những phần nguyên liệu dư, etylen sẽ được đưa sang thiết
bị oxiclohoá ở nhiệt độ cao và biến đổi thành 1,2 dicloetan và trở về phản
ứng. Do quá trình tiến hành tổng hợp VC từ etylen là rất khó kiểm soát và

khốgn chế, do đó trong quá trình tiến hành người ta thường tách trung gian
1,2 dicloetan tạo ra và đưa trở lại phản ứng.
ở đây quá trình diễn ra khá phức tạp nếu ta không tiến hành tách trung
gian thì phản ứng cộng etylen, VC, Clo và hydroClo xảy ra với mức độ thấp
hưon nhiều so với phản ứng khử ở nhiệt độ cao để tạo ra các sản phẩm di - tri
- tetra Cloetan.
2. Thuyết minh dây chuyền công nghệ sản xuất VC đi từ etylen .
ở trong thiết bị (1) etylen và Clo phản ứng với nhau trong pha lỏng tạo
DCE. Trong quá trình này nhiệt toả ra từ phản ứng sau đó được thu hồi dùng
cho quá trình chưng cất (3) thu DCE và dùng để phân huỷ DCE thu hồi sau
khi làm sạch sản phẩm VC. DCE tinh khiết được chuyển sang thiết bị
Cracking (4) và tạo VC và HCl. Lúc này sản phẩm đi ra từ (4) được làm lạnh
rồi cho qua thiết bị chưng luyện (6) (7) tách VC và HCl. HCl sau khi thu được
từ đỉnh tháp (6) sau đó cho đi vào thiết bị oxi háo (2), những DCE chưa bị
nhiệt phân sẽ được tách ra ở (7) và tuần hoàn lại ở thiết bị (3), từ đẫyn VC tu
SV: Nguyễn Hữu Tuấn - Hoá Dầu - K8

23

Thiết kế phân xưởng sản xuất VC


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Đồ án tốt nghiệp

được từ (7) sẽ cho tuần hoàn lại thiết bị (3), còn VC thu được từ (7) cũng cho
tuần hoàn lại (3), sản phẩm VC thu được từ (7) đều rất là tinh khiết (nồng độ
99,9%).
Trong thiết bị oxi clo hoá, HCl được tuần hoàn và kết hợp với etylen và

oxi trong thiết bị tầng sôi tạo 1,2 dicloetan và nước sinh ra do phản ứng từ đây
chúng được dùng cho chưng cất VC và DCE. Sau khi làm sạch sản phẩm
trong thiết bị (8) thì ta loại bỏ nước. Sau đó DCE được cho qua thiết bị (10)
làm khô và tách khí rồi cho qua thiết bị (3) chưng cất và làm sạch. Lúc này
tách khí rồi cho qua thiết bị (10) đưa vào (11) để thu hồi Clo. Tại thiết bị Clo
hoá 912) ta chuyển C2H2 trong HCl từ (6) thành etylen nhằm nâng cao độ sạch
của sản phẩm và hiệu suất của quá trình.
III. Phương pháp liên hợp sản xuất VC.

Thông thường thì ngoài các phương pháp sản xuất VC đi từ dicloetan
và HCl hoá Axetylen, người ta còn dùng phương pháp liên hợp để sản xuất
VC. Điển hình là phương pháp oxi clo hoá etylen thành dicloetan và nhiệt
phân dicloetan.
2HCl +

1
O2 → H2O + Cl2
2

+ Cl 2
− HCl
→ ClCH 2 − CH 2 Cl 
→ CH 2 =CHCl
CH2 = CH2 

Quá trình nhiệt phân dicloetan tinh khiết 99,9% được tiến hành ở nhiệt
độ là 300 ÷ 10000C và có khoảng 63% xúc tác là than hoạt tính, hay là bọt thì
hàm lượng VC tạo thành là 90%.
Để Clo hoá etylen, trước tiên ta tiến hành khử HCl của dicloetan và
dùng HCl để hydro Clo hoá Axetylen.

CH2 = CH2 + Cl2 → ClCH2 - CH2Cl
ClCH2 - CH2Cl → CH2 = CHCl + HCl
CH ≡ CH + HCl → CH2 = CHCl + HCl.
CH2 = CH2 + CH ≡ CH + Cl2 → 2CH2 = CHCl
SV: Nguyễn Hữu Tuấn - Hoá Dầu - K8

24

Thiết kế phân xưởng sản xuất VC


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Đồ án tốt nghiệp

Thông thường các phương pháp này đều sử dụng những nguyên liệu dễ
kiếm như Axetylen hay etylen, trong quá trình điều chế VC bằng phương
pháp liên hợp từ Axetylen và etylen có thể thu được bằng phương pháp riêng
biẹt (Ví dụ: Axetylen ta thu được từ khí tự nhiên còn etylen ta thu được từ dầu
hoả), hay ta thu được từ quá trình chưng hoặc cracking dầu mỏ để có hỗn hợp
khí Axetylen và etylen từ đó ta có thể hấp thu và tách riêng chúng ra.
Từ lâu các phương pháp này đã được ứng dụng rộng rãi trong công
nghiệp, và từ những năm 1962 ở Mỹ quá trình tổng hợp VC đã được phân
chia một cách chính xác và cẩn thận như sau: chỉ được phép sử dụng 41%
Axetylen và 28% etylen, ở Nhật từ dicloetan bằng phương pháp liên hợp năm
1964 người ta đã tổng hợp được 15% VC và đến 1965 là 25% VC.
IV. Phương pháp clo hoá etan.

Hiện nay ở nước ta nền công nghiệp khai thác dầu mỏ đang trên đà phát
triển. Do đó việc tận dụng các sản phẩm dầu mỏ để đưa vào sản xuất một số

nguyên liẹu và rất có lợi thế điển hình là phương pháp clo hoá etan, với nguồn
nguyên liệu etan rẻ tiền và khá phong phú nên đã góp phần làm giảm giá của
sản phẩm VC.l Do vậy việc chuyển hoá etan thành VC được thực hiện theo
các phương pháp sau:
1. Clo hoá nhiệt độ cao:
C2H6 + 2Cl2 → C2H3Cl + 3HCl
2. Oxi hidrô hoá ở nhiệt độ cao.
C2H6 + HCl + O2 → 2C2H3Cl + 3H2O
3. Oxi clo hoá.
2C2H6 + Cl2 + 3/2O2 → 2C2H3Cl + 3H2O
Với các xúc tác phù hợp để lựa chọn điềukiệnpu tối ưu, đòi hỏi độ
chuểyn hoá theo phương pháp 2 có thể đạt 96% nhưng hiệu suất thu VC lại
thấp 20 % 50%. Các sản phẩm chủ yếu gồm etylen, Cloruaetan và CO.
SV: Nguyễn Hữu Tuấn - Hoá Dầu - K8

25

Thiết kế phân xưởng sản xuất VC