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) d= 1,17Kg/m3.
­ Trọng lượng phân tử:  M =26,02kg/Kmol
­ Nhiệt dung riêng phân tử:
­ Nhiệt độ ngưng tụ:

Chi phí = 0,402 KJ/kg

­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/m3, giới hạn nổ  của 
Axetylen xảy ra trong cùng một điều kiện nhiệt độ  và áp suất nhất định ở 
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

nhiệt độ  00C và 1 at axetylen tạo với không khí hỗn hợp nổ trong giới hạn 

từ  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   và liên kết   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 

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

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.
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).
HC   CH 

+ Na

HC   CH 

+2Cu

 NaC   CNa + H2.
 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.
HC   CH + H2 

 CH2 =CH2,  H = ­41,7 KCal/md.

Pd

Phản ứng cộng H2 với xúc tác Ni và nhiệt độ.
HC   CH + H2 

+ Ni
f0

 CH3 ­ CH3.

Phản  ứng cộng với nước khi đó xúc tác HgSO 4  ở  75     1000C tạo 
Axetaldehyt.
HC   CH+H2O 

Ag2 +

 CH3 ­ CHO,  H = ­38,8 KCal/mol

Khi Có Oxit kẽm và oxit sắt  ở  3600C 4800C Axetylen tác dụng với 
hơi nước để tạo thành Axeton.
2HC   CH + H2O 

 CH3 ­ CHO + CO2 + 2H2.

ZnO

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

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.
CH = CH + ROH 

 CH2 = CHO ­ R

KOH

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

HC

CH + H2S

CH2 = CH - SH

C2H5OH

Vinyl mercaptan

Etylen mercaptan

+ c 2h 2
h 2c

h 5c 2 s c h = c h 2
+ c 2h 5sh

ch2
S

h 5c 2 s(c 2h 2)2 c 2h 5
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

c h + h gc l 2

H
C=C

Cl
H

HCl
Cis

HgCl
C= C

Cl

Trans

H

Cộng với Hglogen
SV: Nguyễn Hữu Tuấn ­ Hoá Dầu ­ K8

4

Thiết kế phân xưởng sản xuất VC


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 

HC   CH + Br2 

Đồ án tốt nghiệp

 CHBr = CHBr 

+ Br2

 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

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 =CH­CN

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 = ch 2
OH+
Axetylen tác dụng với Axit Amin.
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

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
2HC   CH 

Xt,800 C

 H2C = CH ­ C   CH

ở  nhiệt độ  6000C trên than hoạt tính Axetylen trùng hợp tạo thành 

Benzen.
3HC   CH   C6H6
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:
CaO + 3C 

6000 C

 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

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

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: PH 3, NH3, SiH2, CH4, H2, CO2 và 
CO… Do đó Axetylen tạo ra luôn phải qua giai đoạn làm sạch. Có thể dùng  
andehyt 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 H2SO4 hoặc CaCl2.
Từ CH4:
2CH4 

400 6000 C
Ni

 C2H2 + 3H2

Oxi hoá metan:
4CH4 + O2 

15000 C

 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 CaC2. 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 
SV: Nguyễn Hữu Tuấn ­ Hoá Dầu ­ K8

7

Thiết kế phân xưởng sản xuất VC


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 

Đồ án tốt nghiệp

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  ﾃ  C2H2 + 3H2;

H0298 = 87,97 KCal/mol

C2H6  ﾃ  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
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

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:
-

2c h 4

2H

2c h 3

-2H 2 c h
2

ch3 ch3

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 
(CH3  ­ C ­ 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  C2H2 
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 C2H2, kết quả 
quan sát những hệ phản ứng liên tiếp, trong Axetylen tạo thành bị phân huỷ 
thành H2 và C (muội than).
2CH 4

3H 2

C2 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
2C2 H 4
C2H6  

2H 2

C2 H 4

2C + 2H 2

  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 
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

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 1500C 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 C2H2  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 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
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

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.
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:
SV: Nguyễn Hữu Tuấn ­ Hoá Dầu ­ K8 11

Thiết kế phân xưởng sản xuất VC


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 

 Nhiệt độ sôi là

Đồ án tốt nghiệp

: 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 00C 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   do sự  xen phủ  trục của 
hai electron lai tạo và một liên kết  , 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 hai cacbon đó và gốc hoá trị   ở  mỗi cácbon mang nối đôi bằng 
1200. Hai trục của electron p song song nhau tạo thành mặt phẳng   thẳng 
góc với mặt phẳng.
Thực chất liên kết     tạo thành là do obitan liên   kết     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 A0 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 

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

kết     lớn  hơn  năng  lượng   của   liên   kết     và  bằng  145,8  ­  82,6  =  63,2  
KCal/mol. Như vậy năng lượng liên kết   lớn hơn năng lượng liên kết   và 
độ  chênh lệch vào khaỏng 20KCal/mol điều này giải thích tính chất kém 
bền của liên kết   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   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).

­ 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.
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

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.
         CH 2 = CH 2 + PdCl 2

[ C2H 4 PdCl 2 ]

H 2O

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  ­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.
C2H5OH 

H 2SO4 1700 C

 C2H4 + H2O

C2 H 5OH

H 2SO4 6000 C

C2 H 4 +H 2O

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:
 

CH   CH + H2 

Xt

 CH2 = CH2.

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 

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

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/m3, 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  
H2SO4 và NaOH.

  

NaCl + H2SO4   NáHO4 + HCl
2NaCl + H2SO4   Na2SO4 + 2HCl

Phương pháp Hargreaver.
S + O2   SO2
2NaCl + 2SO2 + O2 + 2H2O   2Na2SO4 + 4HCl
Phản ứng tổng hợp H2 và Cl2.
H2 + Cl2   2HCl
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

Phương pháp thu HCl như một sản phẩm phụ của quá trình Clo các 
hợp chất hữu cơ.
B. Tính chất của sản phẩm V­C.
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

 Nhiệt độ bốc hơi ở 250C:

78,5 KCal/kg

 Nhiệt tạo thành

:

­83   8 KCal/Kg

 Nhiệt trùng hợp

:

­366   5 KCal/kg

rất khó hóa lỏng

 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 16

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 ­ 

1130,9
 = 1,75LgT ­ 0,002415.T
T

Trong đó:  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 17

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.
1
CH2 = CHCl +  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

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

2. Phản ứng của phân tử Clo.
Ta xét phản ứng thủy phân.
Khi đun nóng với kiềm HCl bị tách ra khỏi VC cho ta axetylen.
CH 2 = CHCl

+ NaOH

CH CH +NaCl +H 2O

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 19

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 

SV: Nguyễn Hữu Tuấn ­ Hoá Dầu ­ K8 20

Thiết kế phân xưởng sản xuất VC