Đồ án chất điều hoà sinh trưởng thực vật thuộc nhóm phosphonate

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU .................................................................................................................6
PHẦN 1: TỔNG QUAN .................................................................................................7
1.1. TỔNG QUAN CHUNG.............................................................................................7
1.1.1. Tổng quan về chất điều tiết sinh trưởng thực vật[1][2] ........................................7
1.1.2. Tổng quan về chất điều tiết sinh trưởng thực vật nhóm ethylene[1][2] ................8
1.1.3. Tổng quan về Ethephon .....................................................................................8
1.1.3.1. Tên và tính chất vật lý[9][19][20] .....................................................................8
1.1.3.2. Tính chất hóa học[8] ...................................................................................11
1.1.3.3. Hoạt tính sinh học và ứng dụng[1][2] ..........................................................12
1.1.3.4. Các sản phẩm thƣơng mại .........................................................................13
1.2. CÁC PHƢƠNG PHÁP TỔNG HỢP ......................................................................14
1.2.1. Phương pháp 1 [11] ............................................................................................14
1.2.2. Phương pháp 2 [10] ............................................................................................15
1.2.3. Phương pháp 3 [12] ............................................................................................16
1.2.4. Phương pháp 4 [12] ............................................................................................17
1.3. QUY TRÌNH SẢN XUẤT ETHEPHON ..................................................................18
1.3.1. Sơ đồ phản ứng ................................................................................................ 18
1.3.2. Sơ đồ quy trình sản xuất...................................................................................19
1.3.3. Thuyết minh dây chuyền ..................................................................................20
1.4. TỔNG QUAN NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT, DUNG MÔI ......................................21
1.4.1. Nguyên liệu sản xuất ........................................................................................21
1.4.1.1. Phosphorus trichloride [16] [14] ...................................................................21
1.4.1.2. Ethylene oxide [112][13][17] ...........................................................................22
1.4.1.3. Hydrochloric acid ......................................................................................24
1.4.2. Dung môi ..........................................................................................................25
1.4.2.1. o-dichlorobenzene......................................................................................25
1.4.2.2. Chloroform ................................................................................................ 26
PHẦN 2: TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ .........................................................................27

2.1. TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT ...............................................................................28
2.1.1. Tính cân bằng vật chất trong thiết bị phản ứng 1a ...........................................29
2.1.2. Tính cân bằng vật chất trong thiết bị phản ứng 1b...........................................30
2.1.3. Tính cân bằng vật chất trong thiết bị chưng cất 2a ..........................................31
2.1.4. Cân bằng vật chất trong thiết bị phản ứng 1c ..................................................33
2.1.5. Tính cân bằng vật chất trong thiết bị chưng cất 2b ..........................................35
2.1.6. Tính cân bằng vật chất trong thiết bị lọc vẩy ly tâm 3 .....................................36
2.1.7. Tính cân bằng vật chất trong thiết bị sấy 4 ......................................................37
2.2. TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƢỢNG .......................................................................39
2.2.1. Tính nhiệt lượng do nguyên liệu mang vào thiết bị (Q1) .................................39
SVTH: Trần Trọng Huy – MSSV: 20091259

1


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
2.2.2. Tính nhiệt lượng do sản phẩm mang ra khỏi thiết bị (Q2) ...............................41
2.2.3. Tính nhiệt lượng do phản ứng hóa học sinh ra (Q3) ........................................42
2.2.4. Tính chênh lệch nhiệt lượng do chất tải nhiệt mang vào và mang ra (∆Q) .....43
2.2.5. Nhiệt lượng mất mát ra môi trường (Q4) .........................................................43
2.3. TÍNH TOÁN CƠ KHÍ THIẾT BỊ CHÍNH ...............................................................44
2.3.1. Lựa chọn thiết bị ..............................................................................................44
2.3.2. Tính đường kính và chiều cao thiết bị .............................................................44
2.3.3. Tính độ dày thành của thiết bị ..........................................................................45
2.3.4. Tính đường kính các ống dẫn ...........................................................................48
2.3.4.1. Đƣờng kính ống diester từ tháp chƣng cất 2a vào thiết bị phản ứng 1c ...48
2.3.4.2. Đƣờng kính ống dẫn dung dịch HCl 37% .................................................49
2.3.4.3. Đƣờng kính ống dẫn sản phẩm hơi 1,2-dichloroethane ở đỉnh.................50
2.3.4.4. Đƣờng kính ống dẫn dòng sản phẩm đi ra khỏi đáy thiết bị .....................51
2.3.4.5. Đƣờng kính ống dẫn dầu nóng vào và ra ..................................................51

2.3.5. Nắp và đáy thiết bị ...........................................................................................52
2.3.5.1. Tính chiều dày đáy thiết bị.........................................................................53
2.3.5.2. Tính chiều dày nắp thiết bị ........................................................................54
2.3.6. Chọn cánh khuấy ..............................................................................................54
2.3.7. Chọn mặt bích ..................................................................................................54
2.3.7.1. Bích nối thân thiết bị..................................................................................54
2.3.7.2. Chon bích nối các bộ phận của thiết bị với các đƣờng ống ra, vào ..........54
2.3.8. Tính và chọn tai treo ........................................................................................55
PHẦN 3: THIẾT KẾ XÂY DỰNG ...............................................................................57
3.1. ĐỊA ĐIỂM XÂY DỰNG ..........................................................................................57
3.2.1. Yêu cầu chung ..................................................................................................57
3.2.2. Yêu cầu kỹ thuật xây dựng...............................................................................57
3.2.3. Chọn địa điểm xây dựng ..................................................................................58
3.2. THIẾT KẾ TỔNG MẶT BẰNG NHÀ MÁY .............................................................59
3.2.1. Yêu cầu nhiệm vụ.............................................................................................59
3.2.2. Giải pháp thiết kế tổng mặt bằng nhà máy.......................................................60
3.2.2.1. Biện pháp phân vùng .................................................................................60
3.2.2.2. Ƣu, nhƣợc điểm của biện pháp phân vùng ................................................61
3.2.3. Tổng mặt bằng nhà máy [3] ...............................................................................61
3.2.4. Thiết kế phân xưởng sản xuất Ethephon ..........................................................62
PHẦN 4: TÍNH TOÁN KINH TẾ.................................................................................64
4.1. MỤC ĐÍCH TÍNH TOÁN KINH TẾ .......................................................................64
4.2. NỘI DUNG TÍNH TOÁN........................................................................................64
4.2.1. Tính chi phí cố định .........................................................................................64
4.2.1.1. Tính vốn đầu tƣ xây dựng chung của nhà máy ..........................................64
4.2.1.2. Vốn đầu tƣ cho thiết bị, máy móc của nhà máy .........................................65
SVTH: Trần Trọng Huy – MSSV: 20091259

2

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
4.2.2. Tính chi phí vốn lưu động ................................................................................65
4.2.2.1. Chi phí năng lƣợng cho nhà máy...............................................................65
4.2.2.2. Chi phí cho việc mua nguyên liệu ..............................................................67
4.2.2.3. Lƣơng cho công nhân viên nhà máy ..........................................................68
PHẦN 5: ........................................................................................................................71
AN TOÀN LAO ĐỘNG ...............................................................................................71
VÀ VỆ SINH MÔI TRƯỜNG ......................................................................................71
5.1. MỤC ĐÍCH.............................................................................................................71
5.2. CÔNG TÁC AN TOÀN LAO ĐỘNG ......................................................................71
5.2.1. Yêu cầu về phòng cháy chữa cháy ...................................................................71
5.2.2. Trang bị phòng hộ lao động .............................................................................72
5.3. VỆ SINH MÔI TRƢỜNG ........................................................................................73
5.3.1. Xử lý khí thải ...................................................................................................73
5.3.2. Xử lý nước thải.................................................................................................74
5.3.3. Các biện pháp kỹ thuật .....................................................................................74
KẾT LUẬN ...................................................................................................................75
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................76

SVTH: Trần Trọng Huy – MSSV: 20091259

3


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Độ tan của ethephon trong một số dung môi ..................................................9
Bảng 1.2: Độ độc của Ethephon đối với các loại động vật khác nhau[15]......................12

Bảng 1.3: Một số sản phẩm thương mại của Ethephon tại Việt Nam[18].......................13
Bảng 1.4: Tính chất vật lý của HCl nguyên chất và dung dịch HCl 37% .....................24
Bảng 1.5: Độ tan của HCl trong một số dung môi (g/l) ................................................24
Bảng 2.1: Khối lượng các chất đầu vàovà đầu ra thiết bị phản ứng 1a trong 1 mẻ ......30
Bảng 2.2: Khối lượng các chất đầu vào và đầu ra thiết bị phản ứng 1b trong 1 mẻ .....31
Bảng 2.3: Khối lượng các chất đầu vào và đầu ra thiết bị chưng cất 2a trong 1 mẻ .....32
Bảng 2.4: Khối lượng các chất đầu vào và đầu ra thiết bị phản ứng 1c trong 1 mẻ .....34
Bảng 2.5: Khối lượng các chất đầu vào và đầu ra thiết bị chưng cất 2b trong 1 mẻ.....36
Bảng 2.6: Khối lượng các chất đầu vào, đầu ra thiết bị lọc vẩy ly tâm 3 trong 1 mẻ ...37
Bảng 2.7: Khối lượng các chất đầu vào và đầu ra thiết bị sấy 4 trong 1 mẻ .................38
Bảng 2.8: Khối lượng các chất đầu vào thiết bị phản ứng 1c trong 1 mẻ .....................40
Bảng 2.9: Nhiệt dung nguyên tử của một số nguyên tố:[4] ............................................40
Bảng 2.10: Khối lượng các chất đầu ra thiết bị phản ứng 1c trong 1 mẻ ......................41
Bảng 2.11: Năng lượng của một số liên kết [6] ..............................................................42
Bảng 2.12: Một số thông số của các nguyên liệu vào thiết bị phản ứng 1c ..................47
Bảng 2.13: Thành phần dòng diester từ tháp chưng cất 2a vào thiết bị phản ứng 1c ...49
Bảng 2.14: Thành phần dòng sản phẩm ra khỏi đáy thiết bị trong 1 mẻ......................51
Bảng 2.15: Kích thước bích nối thân thiết bị ................................................................ 54
Bảng 2.16: Kích thước bích nối các ống .......................................................................55
Bảng 2.17: Kích thước tai treo ......................................................................................56
Bảng 3.1: Các hạng mục công trình của nhà máy .........................................................61
Bảng 4.1: Kê khai chi phí đầu tư mua thiết bị máy móc ...............................................65
Bảng 4.2: Kê khai điện năng cần dùng trong dây chuyền sản xuất ...............................66
Bảng 4.3: Nhu cầu điện năng thắp sáng của nhà máy ...................................................66
Bảng 4.4: Giá nguyên liệu dùng trong nhà máy ............................................................68
Bảng 4.5: Lương công nhân, cán bộ làm việc trong nhà máy .......................................68

SVTH: Trần Trọng Huy – MSSV: 20091259

4

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp, em xin cảm ơn ThS. Lê Thị Thùy đã tận tình
hướng dẫn trong suốt quá trình tìm hiểu, nghiên cứu, viết đồ án tốt nghiệp.
Em cũng xin chân thành cảm ơn thày cô trong bộ môn Công Nghệ Hóa Dƣợc
& BVTV, Trƣờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội đã giảng dạy, truyền đạt kiến thức
cần thiết về chuyên ngành, đó là những kiến thức quan trọng, là nền tảng để em có thể
hoàn thiện bản đồ án tốt nghiệp.
Cuối cùng em xin cảm ơn các bạn, gia đình đã động viên, tạo mọi điều kiện để
em có thể hoàn thiện đồ án tốt nghiệp đúng thời gian quy định.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 5 năm 2015
Sinh viên
Trần Trọng Huy

SVTH: Trần Trọng Huy – MSSV: 20091259

5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

LỜI MỞ ĐẦU
Nước ta là một nước nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới ẩm, vì vậy có một thảm
thực vật rất phong phú và đa dạng, thuận lợi cho việc phát triển nông nghiệp, đặc biệt
là trồng trọt. Để nền nông nghiệp trồng trọt phát triển mạnh và ổn định thì nền công
nghiệp hóa chất bảo vệ thực vật cũng phải phát triển tương xứng. Trong đó, để nâng
cao năng suất, điều tiết mùa vụ, … không thể không kể đến vai trò của các chất điều

tiến sinh trưởng thực vật. Nhận thấy tầm quan trọng của chất điều tiết sinh trưởng thực
vật, cũng như để đáp ứng nhu cầu của thị trường trong nước và quốc tế, chúng tôi đã
đưa ra ý tưởng xây dựng một nhà máy sản xuất Ethephon – chất điều tiết sinh trưởng
thực vật đang được sử dụng rộng rãi hiện nay. Dưới đây là bản thiết kế xây dựng nhà
máy. Nội dung bản thiết kế bao gồm các phần chính sau:
Phần 1: Tổng quan về chất điều tiết sinh trưởng thực vật và Ethephon.
Phần 2: Tính toán công nghệ
Phần 3: Thiết kế xây dựng
Phần 4: Tính toán kinh tế
Phần 5: An toàn lao động

SVTH: Trần Trọng Huy – MSSV: 20091259

6


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

PHẦN 1: TỔNG QUAN
1.1. TỔNG QUAN CHUNG
1.1.1. Tổng quan về chất điều tiết sinh trƣởng thực vật[1][2]
Thuốc điều tiết sinh trưởng thực vật là những thuốc có khả năng làm tăng hoặc giảm
quá trình sinh trưởng và phát triển cửa cây, hoa, quả; với một hàm lượng rất nhỏ,
chúng có khả năng làm thay đổi quá trình phát triển bình thường của thực vật. Các
hormon thưc vật là các hợp chất hữu cơ tự hình thành trong quá trình phát triển của
cây. Chúng giữ vai trò điều tiết quá trình sinh trưởng, phát triển giữa các bộ phận của
cây.
Căn cứ vào quá trình tương tác của thuốc và phương thức tác động của nó lên các mô
tế bào thực vật, người ta có thể chia thuốc điều tiết sinh trưởng thực vật thành hai
nhóm chính:

- Các loại thuốc có khả năng kích thích sinh trưởng thực vật (các auxin, cytokinin,
gibberellin. . .).
- Các loại thuốc có khả năng ức chế sinh trưởng thực vật (Các antiauxin, nhóm
abscisic acid và các dẫn xuất, thuốc trừ cỏ, thuốc làm rụng lá…).
Trong các thuốc kích thích sinh trưởng thực vật thì các thuốc có cấu tạó là các
hormon thực vật và các dẫn xuất thế của nó là được quan tâm nghiên cứu nhiều nhất.
Các chất kích thích sinh trưởng tự nhiên được tạo ra chủ yếu từ những bộ phận còn
non của cây như: chồi, lá, quả, rễ, phôi. Trong quá trình phát triển và trưởng thành của
cây, chất kích thích sinh trường có xu hướng giảm dần.
Chất ức chế sinh trưởng thực vật chủ yếu được hình thành và tích lũy trong các bộ
phận đã trưởng thành và cơ quan sinh sản của cây: chất ức chế sinh trưởng tăng dần
theo sự phát triển và trưởng thành của cây.
Các quá trình sinh trưởng và phát triển của cây luôn được điều tiết tỷ lệ giữa các
hormon thực vật. Quá trình điều tiết này có thể diễn ra nhanh hoặc chậm tùy theo tác
động của điều kiện tự nhiên và môi trường sống. Dựa vào cấu tạo, đặc điểm và vai trò
của các hormon thực vật, người ta đã tổng hợp đựợc các loại thuốc điều tiết sinh
trưởng khác nhau, nhằm thúc đẩy quá trình phát triển của thực vật theo hướng có lợi
cho con người. Các thuốc điều tiết sinh trưởng thực vật có thể tham gia vào tất cả các

SVTH: Trần Trọng Huy – MSSV: 20091259

7


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
quá trình cơ bản của thực vật, như điều chỉnh quá trình nảy mầm, ra rễ, đâm chồi, phát
triển thân, cành, !á, ra hoa, quả. . .
1.1.2. Tổng quan về chất điều tiết sinh trƣởng thực vật nhóm ethylene[1][2]
Chất điều tiết sinh trưởng thực vật nhóm ethylene bao gồm ethylene và các chất có
thể sinh ra ethylene.

Ethylene là chất điều tiết quá trình phát triển nội bào của cây; chúng được hình
thành trong quả, lá, mô bào già và các bộ phận khác trong cây. Hạt đang nảy mầm, hoa
đang nở, các lá già,… đều sinh ethylene. Ethylene còn được sinh ra khi tạo các vết
thương cho cây.
Ethylene lần đầu tiên được phát hiện ra là có khả năng kích thích sự chín quả vào
năm 1917.
1.1.3. Tổng quan về Ethephon
1.1.3.1. Tên và tính chất vật lý[9][19][20]
- Tên riêng: Ethephon;
- Tên khoa học: (theo danh pháp IUPAC): 2-Chloroethylphosphonic acid
- Tên gọi khác: Ethrel 2-CEPA
- Công thức phân tử: C2H6PO3Cl;
- Khối lượng mol phân tử: 144.485 g/mol;
- Thành phần phần trăm các nguyên tố (tính theo khối lượng):16.62% C; 4.19% H;
21.43% P; 33.22% O; 24.54% Cl;
- Công thức cấu tạo:

- Trạng thái: Điều kiện thường là chất rắn, dạng sáp màu, không có mùi đặc trưng; tinh
thể dạng bột, màu trắng;
- Nhiệt độ nóng chảy:74-75oC;
- Nhiệt độ sôi: 333.4°C ở 760 mmHg
- Áp lực hơi (20oC):<10-3 Pa;
- Sức căng bề mặt (20oC): 68.5 mN/m;
- Tỷ trọng: 1.58 g/ml;
SVTH: Trần Trọng Huy – MSSV: 20091259

8


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

- Khối lượng riêng tương đối (20oC): 1650 kg/m3;
- Hệ số phân bố n-octanol/nước:
 Log Pow = -0.63 tại pH = 2, nhiệt độ phòng;
 Log Pow = -1.89 tại pH = 7, nhiệt độ phòng;
 Log Pow = -1.81 tại pH = 10, nhiệt độ phòng;
- Hằng số phân ly:
 pK1 = 2.82 tại 21°C;
 pK2 = 7.21 tại 21°C;
- Độ tan trong các dung môi: Tan trong alcol bậc thấp, glycol, dễ tan trong nước, khó
tan trong dung môi hữu cơ vô cực, không tan trong kerosin và dầu diezel.
Bảng 1.1: Độ tan của ethephon trong một số dung môi
Dung môi

Độ tan

Nước (pH < 0.2)

>1000 g/l

Nước (pH = 4)

800 g/l

n-heptane

<0.3 mg/l

p-xylene

82.5 mg/l

1,2-dichloroethane

832 mg/l

acetone

> 600 g/l

methanol

>600 g/l

ethyl acetate

>600 g/l

acetonitrile

>600 g/l

dimethylsulfoxide

>600 g/l

- Độ bền trong môi trường:
 Bắt đầu bị phân hủy khi pH > 3.5;
 Bắt cháy ở 111oC;
 Tự bốc cháy ở 490oC;
 Phân hủy tỏa nhiệt trong khoảng nhiệt độ 250-400°C (trong môi trường nitơ)

SVTH: Trần Trọng Huy – MSSV: 20091259

9


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
- Phổ 1H NMR:[19]

- Phổ 13C NMR:[19]

SVTH: Trần Trọng Huy – MSSV: 20091259

10


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1.1.3.2. Tính chất hóa học[8]
 Phản ứng thủy phân:

 Phản ứng của nhóm halogen:

 Phản ứng của nhóm hydroxyde:

SVTH: Trần Trọng Huy – MSSV: 20091259

11


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1.1.3.3. Hoạt tính sinh học và ứng dụng[1][2]
 Ethephon là chất điều tiết sinh trưởng thực vật theo cơ chế giải phóng ethylene, có
tác dụng tăng tốc quá trình chín sớm trước khi thu hoạch của các loại rau quả như lê,
ca, cà phê và sau thu hoạch như chuối, xoài, kích thích chảy mủ cao su, phòng chống
lúa, ngô đổ rạp… Phản ứng của cây phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, vì vậy tác dụng
của thuốc có thể thay đổi theo từng vùng và từng nước[1].
 Cơ chế hoạt động: Ethephon sau khi xâm nhập vào tế bào, bị nước có trong tế bào
phân hủy thành Ethylene theo phản ứng:

Trong đó, Ethylene là một hormon nội sinh của thực vật giữ vai trò chính trong quá
trình chín và già hóa.
 Độ độc: không độc hại với ong; ít độc hại với cá, chim; ít độc với người và gia súc;
hoạt chất gây bỏng da và mắt;
Bảng 1.2: Độ độc của Ethephon đối với các loại động vật khác nhau[15]
STT Sinh vật

Phép thử Đƣờng tiếp xúc

Liều lƣợng

1

Chuột

LD50

Miệng

3400 mg/kg

2

Chuột

LC50

Hô hấp

90 mg/m3/4h

3

Chuột nhắt LD50

Miệng

2850 mg/kg

4

Thỏ

LD50

Miệng

5000 mg/kg

5

Thỏ

LD50

Da

5730 mg/kg

6

Lợn

LD50

Miệng

4200 mg/kg

7

Chim cút

LD50

Miệng

1072 mg/kg

 Ứng dụng khác: Làm nguyên liệu sản xuất polyvinylphosphonic acid (chất chống ăn
mòn)[10].

SVTH: Trần Trọng Huy – MSSV: 20091259

12


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1.1.3.4. Các sản phẩm thƣơng mại
Bảng 1.3: Một số sản phẩm thƣơng mại của Ethephon tại Việt Nam[18]
STT
1

Tên sản

Tên hoạch

phẩm

chất

Adephone 2.5

Ethephon

PA, 48SL

Đối tƣợng phòng trừ

Tổ chức đăng ký

2.5PA: kích thích mủ/

Công ty TNHH

cao su; 48SL: kích

BVTV An Hưng Phát

thích ra hoa/ dứa, kích
thích mủ/ cao su
2

Ethrel 2.5LS,

Ethephon

kích thích mủ/ cao su

10LS, 480L
3

Forgrow 2.5

Bayer Vietnam Ltd
(BVL)

Ethephon

kích thích mủ/ cao su

PA, 5 PA, 10

Forward International
Ltd

PA
4

Kinafon 2.5

Ethephon

kích thích mủ/ cao su

PA
5

Latexing

Nam
Ethephon

kích thích mủ/ cao su

2.5LS, 5LS
6

Mamut 2.5
Revenue

Ethephon

kích thích mủ/ cao su

Sagolatex 2.5

Ethephon

kích thích mủ/ cao su

TB-phon

Ethephon

kích thích mủ/ cao su

Telephon 2.5
LS

Công ty CP BVTV
Sài Gòn

Ethephon

kích thích mủ/ cao su

2.5LS
10

Công ty TNHH Alfa

(Sài gòn)

PA
9

Công ty TNHH TM
Thái Phong

25PA
8

Asiatic Agricultural
Industries Pte Ltd

PA
7

Công ty TNHH Kiên

Công ty TNHH SX –
TM Tô Ba

Ethephon

kích thích/ mủ cao su;

Công ty TNHH TM -

kích thích ra hoa/

DV Thanh Sơn Hóa

xoài, nhãn, thanh

Nông

long, cây cảnh

SVTH: Trần Trọng Huy – MSSV: 20091259

13


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1.2. CÁC PHƢƠNG PHÁP TỔNG HỢP
1.2.1. Phƣơng pháp 1 [11]
 Dây chuyền phản ứng:

Thuyết minh
Nguyên liệu 2-chloroethanephosphonic ester bis-2-chloroethyl thô được cho vào
thiết bị phản ứng có hệ thống khuấy, ống cung cấp khí và vỏ làm mát. Phosgene ở
dạng khí có nhiệt độ 160°C được dẫn vào thiết bị. Sản phẩm phụ 1,2-dichloroethane
sinh ra được loại bỏ bằng cách chưng cất ra ngoài. Sau 5-6 giờ không có thêm 1,2dichloroethane sinh ra. Hydrochlorua khan được dẫn vào, duy trì nhiệt độ phản ứng ở
160°C cho đến khoảng sau 4-5 giờ, không còn 1,2-dichloroethan thoát ra. Sau đó làm
mát phản ứng, nước được thêm vào phản ứng, nhiệt độ phản ứng tăng lên khoảng
50°C. Để yên phản ứng khoảng 30 phút ở 60° đến 90°C. Nước và hydro chlorua sau
đó được tách ra ở áp suất khí quyển. Sản phẩm Ethephon có điểm nóng chảy 65° đến
70°C, đạt hiệu suất 95%.
 Phân tích ƣu nhƣợc điểm:
- Ưu điểm: Hiệu suất quá trình cao;

- Nhược điểm: Nguyên liệu đầu là sản phẩm thứ cấp, phải tổng hợp.

SVTH: Trần Trọng Huy – MSSV: 20091259

14


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1.2.2. Phƣơng pháp 2 [10]
 Dây chuyền phản ứng:

 Thuyết minh:
Giai đoạn 1:Tổng hợp 2-chloroethane-phosphonic acid bis(2-chloroethyl) ester
Phosphorus trichloride và o-dichlorobenzene được cho vào thiết bị phản
ứng(kín, có khuấy, có hệ thống ngưng tụ hồi lưu). Sau đó điền đầy nitrogen vào trong
thiết bị phản ứng. Tiến hành khuấy và làm lạnh ở 20°-35°C, ethylene oxide được cho
vào từ từ để được hấp thu hoàn toàn.
Ethylene oxide được dẫn vào trong 3-5 giờ, trong khi đó vẫnlàm mát bên ngoài
bằng nước lạnh. Hỗn hợp phản ứng được giữ trong 6 giờ ở nhiệt độ phòng và sau đó
làm nóng đến nhiệt độ 160°C và giữ trong 8h.
o-dichlorobenzene được chưng cất ra ở 2-20 mmHg thu được phần còn lại là 2chloroethane-phosphonic acid bis(2-chloroethyl) ester thô.
Giai đoạn 2: Thủy phân 2-chloroethane-phosphonic acid bis(2-chloroethyl)
ester thô
Sản phẩm của giai đoạn 1 được đưa vào thiết bị thủy phân có khuấy trộn, đun
nóng trong 1 giờ ở 120°C cùng với hydrochloric acid đậm đặc. Trong thời gian làm
nóng áp suất tăng lên khoảng 5 atm. Áp suất của thiết bị được xả qua một thiết bị
ngưng tụ và do đó 1,2-dichloroethane hình thành được chưng cất đi. Áp suất bên trong
thiết bị giảm kéo theo nhiệt độ của hỗn hợp phản ứng giảm xuống 100°C. Để duy trì
áp suất và nhiệt độ phản ứng, hydrochloric acid được đẩy vào thiết bị, áp suất lại tăng
lên 3 atm. Nhiệt độ tăng lên đến 130°C. việc cho 1,2-dichloroethane thoát ra và đẩy

SVTH: Trần Trọng Huy – MSSV: 20091259

15


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
hydrogen chloride được lặp lại hai lần trong khoảng thời gian 1 giờ. Sau quá trình đó,
phản ứng được duy trì ở 130-140°C trong khoảng 1 giờ nữa.
Sau đó, hydrochloric acid và một lượng nhỏ 2-chloroethanol được chưng cất ra
ở nhiệt độ 100°C, đầu tiên ở 40mmHg, cuối cùng ở 2-5mmHg. Kết quả thu được acid
2-chloromethane-phosphonic có điểm nóng chảy là 63°-64°C và độ tinh khiết đạt 95%.
Hiệu suất phản ứng tổng cộng tính theo phosphorustrichloride đạt 92%.
 Phân tích ƣu nhƣợc điểm:
- Ưu điểm: Nguyên liệu đầu đơn giản, phổ biến, rẻ; hiệu, suất quá trình cao, sản
phẩm thu được có độ tinh khiết khá cao.
- Nhược điểm: Thời gian phản ứng dài, chưng cất ở điều kiện độ chân không cao;
1.2.3. Phƣơng pháp 3 [12]
 Dây chuyền phản ứng

 Thuyết minh
Triisopropylphosphite (1 eq) và 1-bromo-2-chloroethane (1,5 eq hoặc 2 eq) được
đưa vào thiết bị phản ứng hồi lưu. Sau 21 giờ thu đượcdiisopropyl-2-chloroethyl
phosphonate, đem phân lập bằng cách chưng cất ở 62oC/0,1mmHg, đạt hiệu suất 78%.
Diisopropyl-2-chloroethylphosphonate (1 eq) thu được ở trên được đưa vào thiết bị
phản ứng cùng với hydrochloric acid 12N (8 eq), phản ứng hồi lưu trong 24 giờ. Sau
đó, hỗn hợp thu được được cô dưới áp suất giảm thu được ethephon kết tinh, đem lọc,

SVTH: Trần Trọng Huy – MSSV: 20091259

16


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
sau đó tinh chế bằng cách rửa với CH2Cl2 thu được ethephon tinh khiết (> 99%) với
hiệu suất 90%.
 Phân tích ƣu nhƣợc điểm
- Ưu điểm: Sản phẩm đạt độ tinh khiết cao
- Nhược điểm: Hiệu suất phản ứng thấp, thời gian phản ứng dài
1.2.4. Phƣơng pháp 4 [12]
 Dây chuyền phản ứng:

 Thuyết minh
Triisopropylphosphite (1 eq) và 1-bromo-2-chloroethane (1,5 eq hoặc 2 eq) được
đưa vào thiết bị phản ứng hồi lưu. Sau 21 giờ thu được diisopropyl-2-chloroethyl
phosphonate, đem phân lập bằng cách chưng cất ở 62oC/0,1mmHg, đạt hiệu suất 78%.
Diisopropyl-2-chloroethylphosphonate (1 eq) thu được ở trên được đưa vào thiết bị
phản ứng có chứa sẵn acetonitrile, gia nhiệt ở 50°C trong nitơ, và sau đó thêm từ
từbromotrimethylsilane (1,5 eq). Sau 24h, phân lập đượcdi(trimetylsilyl)-2chloroethylphosphonate (độ tinh khiết > 99%) bằng cách chưng cất ở 70oC/0,2mmHg
với hiệu suất 70%.
SVTH: Trần Trọng Huy – MSSV: 20091259

17


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Lượng di(trimetylsilyl)-2-chloroethylphosphonate (1 eq) thu được ở trên được đem
thủy phân bằng nước hoặc methyl alcohol (1,5 eq) ở 20°C trong 1 giờ.Sau đó, hỗn hợp
được cô đặc dưới áp suất giảm thì thu được kết tinh ethephon, đem lọc và tinh chế

bằng cách rửa với CH2Cl2. Ethephon thu được đạt độ tinh khiết >99% với hiệu suất
90%.
 Phân tích ƣu nhƣợc điểm
- Ưu điểm: Các phản ứng đều dễ xảy ra, điều kiện phản ứng đơn giản.
- Nhược điểm: Quá trình phản ứng qua nhiều bước, hiệu suất tổng cộng của quá
trình thấp; sử dụng acetonitrile độc hại;
1.3. QUY TRÌNH SẢN XUẤT ETHEPHON
Từ những phân tích ưu nhược điểm ở trên, chúng tôi chọn phương pháp 2 để triển
khai sản xuất.
1.3.1. Sơ đồ phản ứng

SVTH: Trần Trọng Huy – MSSV: 20091259

18


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1.3.2. Sơ đồ quy trình sản xuất
Phosphorus trichloride

ethylene
oxide

o-dichlorobenzene

Tb phản ứng, 20°30°C, 9-10h

N2

Gia nhiệt

lên160°C, 8h

Chưng cất, 20°30°C, 2-20
mmHg

HCl 37%

Tb thủy phân,
120°-140°C, 34 atm, 4h

Chưng cất,
100°C, 30-70
mmHg

1,2dichloroetha
ne

HCl

Kết tinh

Chloroform

Lọc + Rửa

Sấy
Sản phẩm
SVTH: Trần Trọng Huy – MSSV: 20091259

19

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1.3.3. Thuyết minh dây chuyền
Phosphorus trichloride, o-dichlorobenzene, ethylene oxide được cho vào thiết bị
phản ứng nồi 2 vỏ (khuấy và có hệ thống ngưng tụ hồi lưu). Phần trống trong thiết bị
được làm đầy bằng nitrogen. Tiến hành phản ứng ở 20°-35°C trong 9-11 giờ. Sau đó
chuyển hỗn hợp sản phẩm sang thiết bị phản ứng nồi hai vỏ thứ 2, gia nhiệt bằng dầu
đến 160°C và giữ trong 8h.
Sau khi phản ứng kết thúc, hỗn hợp sản phẩm được đưa sang thiết bị chưng cất
chân không loại đệm, o-dichlorobenzene được tách ra ở đáy tháp, 2-chloroethanephosphonic acid bis(2-chloroethyl) ester thu được ở đoạn luyện được chuyển sang thiết
bị phản ứng nồi 2 vỏ thứ 3. Sau đó hydrochloric acid 37% được đưa vào, phản ứng ở
120-140oC, 3-6 atm. Sau khoảng 1 giờ phản ứng, mở van đỉnh tháp để xả khí 1,2dichloroethane, sau đó bơm thêm hydrochloric acid 37% để áp suất tăng trở lại 3 atm.
Lặp lại quá trình trên 2 lần trong 1 giờ tiếp theo. Sau đó, phản ứng được duy trì ở 130140°C trong khoảng 1 giờ nữa.
Sản phẩm thu được sau phản ứng được đưa sang tháp chưng cất chân không loại
đệm. Hydrochloric acid, nước và 2-chloroethanol thu được ở đỉnh tháp, ethephon thu
được ở đáy tháp. Ethephon từ tháp chưng được đưa sang bể kết tinh được làm lạnh
ngoài bằng nước, sau đó ethephon kết tinh được lọc rửa bằng chloroform trong thiết bị
lọc vảy ly tâm. Cuối cùng, ethephon thu được được đem sấy khô, nghiền thành bột và
đóng gói.

SVTH: Trần Trọng Huy – MSSV: 20091259

20


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1.4. TỔNG QUAN NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT, DUNG MÔI
1.4.1. Nguyên liệu sản xuất
1.4.1.1. Phosphorus trichloride [16] [14]

- Tổng quan
 Tên IUPAC: Phosphorus trichloride
 CTPT: PCl3
 Khối lượng mol: 137.33 g/mol
- Tính chất vật lý:
 Điều kiện thường là chất lỏng, không màu, dễ bốc khói trong không khí, có mùi
hăng
 Nhiệt độ nóng chảy: -93.6oC
 Nhiệt độ sôi: 76.1oC
 Tỷ trọng: 1.575 g/cm3tại 20oC
 Áp suất hơi: 100 mmHg (20oC)
 Tan tốt trong các dung môi hữu cơ kém phân cực như: benzene, odichlorobenzen, cumene, xylene, carbon disulfide, ether, chloroform,…
 Bị thủy phân trong nước
- Tính chất hóa học:
 Bị thủy phân trong nước: PCl3 + 3 H2O → H3PO3 + 3 HCl
 Là một chất khử, dễ dàng bị oxi hóa bởi: O2, Cl2, Br2, I2, SO3, H2SO4đn, SOCl2,
SeOCl2, KClO3, SeCl4, SbCl5, S2Cl2…
2PCl3 + O2 → 2POCl3
PCl3 + Cl2 → PCl5
PCl3 + Br2 → PCl3Br2
PCl3 + 5Br + I → PBr5 + ICl3
PCl3 + SO3 → POCl3 + SO2
3PCl3 + SOCl2 → POCl3 + PCl5 + PSCl3
3PCl3 + 3SeOCl2 → 3POCl3 + SeCl4 + Se2Cl2
3PCl3 + KClO3 → 3POCl3 + KCl
SVTH: Trần Trọng Huy – MSSV: 20091259

21

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
 Xảy ra quá trình tự oxi hóa khử khi tiếp xúc với H3PO3:
PCl3 + 4H3PO3 → 3H3PO4 + 3HCl + 2P
 Chloro hóa alcohol, acid carboxylic thành các alkyl chloride và acyl chloride:
PCl3 + 3ROH → 3RCl + H3PO3
PCl3 + 3RCOOH → 3RCOCl + H3PO3
- Ứng dụng:
Là nguyên liệu để sản xuất PCl5, POCl3, và PSCl3. PCl3 và những chất trên
được sử dụng trong ngành sản xuất thuốc diệt cỏ, thuốc trừ sâu, chất điều hòa sinh
trưởng thực vật, chất dẻo, chất chống cháy, chất phụ gia trong ngành công nghiệp dầu
mỏ, …
1.4.1.2. Ethylene oxide[13][17]

- Tổng quan:
 Tên IUPAC: Oxirane;
 CTPT: C2H4O
 Khối lượng mol: 44.05 g/mol;
- Tính chất vật lý:
 Điều kiện thường là chất khí không màu, có mùi giống như ether;
 Nhiệt độ nóng chảy: −111.7oC;
 Nhiệt độ sôi: 10.7oC;
 Tỷ trọng: 0.882 g/cm3 tại 20oC;
 Áp suất hơi: 1.46 atm tại 20oC;
 Dễ tan trong nước, ethanol, diethyl ether và nhiều loại dung môi hữu cơ khác;
- Tính chất hóa học:
 Phản ứng khử:

 Phản ứng oxy hóa
SVTH: Trần Trọng Huy – MSSV: 20091259

22


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

 Dễ dàng phản ứng mở vòng với các tác nhân nucleophile theo cơ chế SN2 trong
cả môi trường acid và kiềm. Cơ chế:

 Phản ứng polymer hóa:
n (CH2CH2)O → (–CH2CH2–O–)n

 Đồng phân hóa:

- Ứng dụng:
Là một nguyên liệu vô cùng quan trọng trong công nghiệp, được sử dụng trong rất
nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Hầu hết ethylene oxide được sử dụng để tổng hợp
ethylene glycol, diethylene glycol và triethylene glycol, chiếm tới 75% lượng tiêu thụ
toàn cầu. Một số sản phẩm quan trọng khác cũng đi từ ethylene như: ether ethylene
glycol, ethanolamine và ethoxylate. Các sản phẩm trên có ứng dụng nhiều trong công
nghiệp như: sản xuất nước hoa, mỹ phẩm, dược phẩm, chất bôi trơn, chất làm loãng
sơn, chất dẻo, chất tẩy rửa, dung môi, sơn mài, xà phòng, chất tẩy rửa, chất nhũ hóa và
chất phân tán, …

SVTH: Trần Trọng Huy – MSSV: 20091259

23


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1.4.1.3. Hydrochloric acid
- Tổng quan:
 Tên IUPAC: Hydrochloric acid
 CTPT: HCl
 Khối lượng mol: 36,46 g/mol
- Tính chất vật lý:
Bảng 1.4: Tính chất vật lý của HCl nguyên chất và dung dịch HCl 37%
STT Tính chất

HCl nguyên chất

Dung dịch HCl 37%

1

Trạng thái

Khí

Lỏng

2

Màu sắc

Không màu, trong suốt

Không màu, trong suốt

3

Mùi

Mùi xốc

Mùi xốc

4

Nhiệt độ nóng chảy

-114.22oC

-28 oC

5

Nhiệt độ sôi

-85.05oC

54.5 oC

6

Tỷ trọng

1.49 g/ml (20oC)

1.184 g/ml (20oC)

7

Áp suất hơi

4352 kPa (21.1oC)

21.4 kPa (20oC)

8

Độ nhớt

-

2.05 mPa.s (20oC)

 HCl tan trong nước đạt nồng độ tối đa là 40%, kém tan trong các dung môi hữu
cơ không phân cực…
Bảng 1.5: Độ tan của HCl trong một số dung môi (g/l)
Nhiệt độ (oC)

0

20

30

40

Nước

823

720

673

596

Methanol

513

470

430

-

Ethanol

454

410

381

-

Ether

356

249

195

-

- Tính chất hóa học:
 Phản ứng với các kim loại đứng trước H trong dãy hoạt động kim loại:
2HCl + Fe → FeCl2 + H2↑
 Phản ứng với oxide kim loại:

SVTH: Trần Trọng Huy – MSSV: 20091259

24


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
2HCl + FeO → FeCl2 + H2O
 Phản ứng với base:
HCl + NaOH → NaCl + H2O
 Phản ứng với muối có gốc anion hoạt động yếu hơn:
2 HCl + Na2CO3 → 2 NaCl + H2O + CO2
 Phản ứng với các chất oxy hóa mạnh như: KMnO4 (đặc), MnO2, KClO3:
16 HCl + 2 KMnO4(đặc) → 2 KCl + 2 MnCl2 + 5 Cl2 + 8 H2O
4 HCl + MnO2 → MnCl2 + Cl2 + 2 H2O
- Ứng dụng:

Hydrochloric acid là một acid mạnh được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp.
Thường được dùng để tẩy gỉ thép; sản xuất các hợp chất hữu cơ như: vinyl chlorua và
dichloroethane để sản xuất PVC, than hoạt tính (gỗ + HCl + nhiệt → than hoạt tính);
sản xuất các hợp chất vô cơ như: FeCl3 và polyaluminium clorua (PAC) (dùng làm
chất keo tụ, đông tụ trong xử lý nước thải), CaCl2 và NiCl2 (dùng trong mạ điện),
ZnCl2 (dùng trong mạ và sản xuất pin).
1.4.2. Dung môi
1.4.2.1. o-dichlorobenzene

- Tổng quan:
 Tên IUPAC: 1,2-dichlorobenzene
 CTPT: C6H4Cl2
 Khối lượng mol: 147.01 g/mol
- Tính chất vật lý:
 Ở điều kiện thường là chất lỏng không màu
 Nhiệt độ nóng chảy: −17.03oC
 Nhiệt độ sôi: 180.5oC
 Tỷ trọng: 1.30 g/cm3 tại 20oC
 Áp suất hơi: 1 mmHg (tại 20 oC)

SVTH: Trần Trọng Huy – MSSV: 20091259

25