Sản xuất nilon6 (polycaproamit ) từ xyclohexan

Sản xuất nilon-6 (polycaproamit )
từ xyclohexan

Nhóm 12:
Hoàng Hà Trang

20116078

Lê Đình Vinh

20113487

Đỗ Bình Minh

20113142

Nguyễn Hữu Thành Chiến

20112812


Mở đầu

•

Polyme con người tạo ra là một thành phần không thể thiếu của xã hội hiện đại.Tất cả mọi thứ trong cuộc sống, từ
những chiếc xe, quần áo, bao bì mà giữ tươi thực phẩm, máy vi tính, đĩa CD và DVD… đều liên quan đến sự tổng hợp
polyme.

•

Việc tìm hiểu nguyên tắc tổng hợp và các công nghệ tổng hợp nylon 6 rất quan trọng đối với sinh viên ngành Hóa Dầu, vì
từ đó giúp sinh viên hiểu sâu sắc hơn các quá trình tổng hợp hữu cơ, hiểu thêm được về sơ đồ công nghệ. Thông
thường Nylon 6 là sản phẩm được tổng hợp từ Cylclohexan.


I. Nguyên liệu và sản phẩm

1. Nguyên liệu
Cyclohexan có công thức là C6H12, là một cycloalkane
Cyclohexan lần đầu tiên được tổng hợp bởi trình hydro hoá benzen vào năm 1898.

•.

Tính chất vật ly

Xyclohexane là một chất lỏng có mùi đặc trưng, không tan trong nước nhưng tan
được trong các dung môi hữu cơ. Xyclohexane dễ cháy, không gây ăn mòn và
không độc hại bằng benzene.


I. Nguyên liệu và sản phẩm

Xyclohexan tồn tại ở hai dạng là dạng “ghế” (chair) và dạng “thuyền” (boat):

Tồn tại ở dạng “thuyền” có năng lượng cao hơn ở dạng “ghế” nên xyclohexan
tồn tại ở dạng “ghế” khi ở nhiệt độ phòng.


I. Nguyên liệu và sản phẩm

Công thức phân Khối lượng phân
tử

tử

C6H12

84.157

0
Nhiệt độ sôi, C

o
80.738 C

Nhiệt

độ

nóng Khối lượng riêng Nhiệt nóng chảy, Nhiệt hóa hơi ở Nhiệt

cháy

0
chảy, C

0
3
ở 20 C, (g/cm )

KJ/mol

0
25 C, KJ/mol

0
25 C, KJ/mol

6.554

0.77855

2.6787

33.059

3922.45

ở

 

Độ nhớt động lực Độ nhớt động học Sức căng bề mặt, Khối lượng riêng ở
0
ở 20 C, mPa.s

0
2
ở 20 C, mm /s

mN/m

0
-1 -1
27 C, KJmol K

0.977

1.259

24.98

107.098

Nhiệt độ tới hạn, Áp suất tới hạn, Nhiệt
Nhiệt sinh, KJ/mol

-132.22

0

C

MPa

0
cháy, C

280.3

4.07

-18

độ

chớp


I. Nguyên liệu và sản phẩm

•

Tính chất hóa học

Cyclohexane là hợp chất vòng no, dễ tham gia phản ứng thế, không
cộng hợp, khó bị oxy hóa trong điều kiện thông thường, dễ bị đề
hydro hóa:

 Phản ứng thế:


I. Nguyên liệu và sản phẩm

 Phản ứng dehydro hóa
0
Khi đun nóng tới 300 C với xúc tác Pt hoặc Pd xảy ra phản ứng dehydro hóa tạo
thành benzene:

 Phản ứng oxy hóa

I. Nguyên liệu và sản phẩm

2. Sản phẩm ( nylon 6)

 Cấu trúc:

 Tính chất vật ly :
o
Nhiệt độ nóng chảy là 220 C
o
Nhiệt độ chuyển pha là: 40-50 C
5
Giới hạn khối lượng phân tử khoảng 10 g/ mol
Khối lượng riêng 1,13 g/cm

3


I. Nguyên liệu và sản phẩm

Tính chất vật ly :
Có khả năng chịu tải tốt ở nhiệt độ cao.
Có đặc tính hoá học và độ chịu mài mòn tốt.
Hệ số ma sát nhỏ.
Có tính cứng và chịu va đập.


I. Nguyên liệu và sản phẩm

Tính chất hóa học
Nhóm amit bị thuỷ phân tạo thành amin và cacboxyl:

Phản ứng thủy phân nylon 6 trong môi trường axit hoặc bazơ


2. Quy trình công nghệ

Dây truyền công nghệ sản xuất Nilon-6 từ Xyclohexan


Sơ đồ khối

Xyclohexan

Xyclohexanon

Caprolactam

Polycaprolactam


2.1. Chuyển hóa Xyclohexan thành Xyclohexanon
a. Cơ chế:

Giai đoạn 2

Giai đoạn 1

Xyclohexan

Xyclohexanol

Xyclohexanon


2.1. Chuyển hóa Xyclohexan thành Xyclohexanon
b. Sơ đồ
Tháp tách sp

Tháp tách sp

nặng

nhẹ

Tháp đề hydro hóa

Tháp thu hồi

Xyclohexanol

Xyclohexanon

Tháp tách Xyclohexanon
và Xyclohexanol

Tháp tách lỏngkhí

Sơ đồ công nghệ chuyển hóa Xyclohexan thành Xyclohexanon


2.2.Chuyển hóa Xyclohexanon thành
ɛ −Caprolactam theo cơ chế quang hóa
a. Cơ chế:
Quá trình này gồm 2 giai đoạn:

 GĐ 1: Phản ứng Oximation

 GĐ 2:Phản ứng tạo ɛ −Caprolactam

ΔH˚298 = -184 kJ/mol


2.2.Chuyển hóa Xyclohexanon thành
ɛ −Caprolactam theo cơ chế quang hóa
Quá trình tổng hợp Hydroxylamin trong công nghệ Raschig



Phản ứng đầu tiên là phản ứng đốt cháy ammoniac trong không khí với sự có mặt của xúc tác Platin ở 850oC.Sản phẩm tạo
thành là Nitơ oxit
2NH3 + 3O2 -> 3H2O + NO + NO2
NO + NO2 -> N2O3

•

ΔH298o = -510 kJ/mol
ΔH298o = -35 kJ/mol

Một dung dịch của anonicacbonat được chuẩn bị từ phản ứng của CO2 với amoniac
CO2 + NH3 + H2O -> (NH4)2CO3

•

Phản ứng của amoni cacbonat với oxit nitơ tạo thành amoni nitrit
(NH4)2CO3 + N2O3 -> 2NH4NO2 + CO2

•

ΔH298o = - 75kJ/mol

Hydroxylamin disulfonat được chuẩn bị từ phản ứng của SO2 với hỗn hợp amoni nitrit và amoni cacbonat
2NH4NO2 + (NH4)2CO3 + SO2 + H2O -> 2HON(SO3NH4)2 + CO2
ΔH298o = 736kJ/mol

•

Và Hydroxylamin được tạo thành từ phản ứng sau:
2HON(SO3NH4)2 + H2O -> NH2OH,H2SO4 + (NH4)2SO4
Phản ứng xảy ra ở 95˚C


2.2.Chuyển hóa Xyclohexanon thành
ɛ −Caprolactam theo cơ chế quang hóa
b. Sơ đồ

Tháp trung hòa

Lò PƯ sơ cấp

Bể lắng

Lò PƯ

Tháp ổn định

Thiết bị lọc

Sơ đồ công nghệ chuyển hóa Cyclohexanon thành ɛ −Caprolactam


2.3. Phản ứng trùng hợp Caprolactam tạo Polycaproamit

Trùng hợp Caprolactam khi có H2O làm chất hoạt hóa ở nhiệt độ 240-270˚C với 5 – 10% là nước

Phương trình phản ứng

ɛ −Caprolactam

Polycaproamit


2.3. Phản ứng trùng hợp Caprolactam tạo Polycaproamit

a. Cơ chế:
Sự tương tác giữa nhóm cacbony của phân tử Caprolactam với H của phân tử H2O .Trong môi trường axit thì phản
ứng càng dễ xảy ra tạo thành 1 cacbocation .Nhóm cacbonyl trong phân tử ɛ −Caprolactam sẽ lấy một H của phân tử
H2O

- OH

-

Nhóm OH tấn công vào cacbocation trên

ɛ – aminocaproic


2.3. Phản ứng trùng hợp Caprolactam tạo Polycaproamit

a. Cơ chế:
ɛ – aminocaproic có chứa N có cặp e chưa tham gia liên kết sẽ tấn công vào cacbocation

Phản ứng sẽ tiếp tục xảy ra tạo Polycaproamit


2.3. Phản ứng trùng hợp Caprolactam tạo Polycaproamit

b. Sơ đồ

Công nghệ polymer hóa Caprolactam thành Polycaproamit


Sơ đổ tổng hợp polycaproamide gồm có 3 cụm chính cụm polime hóa , cụm phân tách và cụm
làm khô.

Cụm polime hóa
Polime hóa một giai đoạn

polime hóa hai giai đoạn


Cụm phân tách

Cụm làm khô


3. Nguồn nguyên liệu


3. Nguồn nguyên liệu

Sơ đồ sản xuất Xyclohexan từ Benzen