Đồ án môn học: Thiết kế phân xưởng sản xuất Vinyl axetat từ C2H4 và CH3COOH

Đồ án môn học              Thiết kế phân xưởng sản xuất vinyl axetat từ C2H4 và 
CH3COOH
LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, cũng như sự 
phát triển cao của đời sống xã hội thì nhu cầu sử  dụng các loại vật liệu kỹ 
thuật ngày một cao, đặc biệt khi các nguồn nguyên liệu tự nhiên đang ngày một 
cạn kiệt. Các loại vật liệu tổng hợp hữu cơ có nhiều  ưu điểm về  cơ, lý, hóa  
nên ngày càng được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau.
Một trong những quá trình quan trọng trong công nghiệp tổng hợp các  
chất hữu cơ  là quá trình vinyl hóa.Vinyl hóa là một quá trình quan trọng trong  
quá trình tổng hợp các chất trung gian nhằm phục vụ cho quá trình tổng hợp ra 
các chất hữu cơ cuối cùng. Nhờ  quá trình vinyl hóa, người ta có thể  tiến hành  
tổng hợp được vinyl axetat từ  etylen và axit axetic trong pha khí với xúc tác 
axetat kẽm. Đây là một trong những phương pháp đạt được hiệu quả cao.
Vinyl axetat là một monome rất quan trọng trong công nghiệp chất dẻo 
và sợi tổng hợp. Ngày nay, với nhu cầu ngày càng nhiều về  chất dẻo và sợi 
tổng hợp, công nghiệp sản xuất vinyl axetat ngày càng được phát triển mạnh và 
trong những năm gần đây cũng xuất hiện thêm rất nhiều công trình nghiên cứu  
tổng hợp vinyl axetat nhằm làm cho quá trình sản xuất vinyl axetat ngày một  
hoàn thiện hơn. Trên thế giới hiện nay sản lượng vinyl axetat được sản xuất từ 
etylen chiếm khoảng 80%, còn từ  axetylen chiếm 20%. Năm 1985 lượng vinyl 
axtat được sản xuất  ở  Mỹ là 960.200 tấn/năm, ở  Đông Âu 200.000 tấn/năm, ở 
Nhật 402.930 tấn/năm, đến năm 1994 tổng sản lượng  ở  Châu Âu và Mỹ  là 
3,8.106 tấn/năm. Gần đây năm 1997  ở  Đông Nam Á đã xây dựng một nhà máy 
sản xuất vinyl axetat từ etylen với năng suất 150.000 tấn/năm. Ở Việt Nam mặt  
dù ngành tổng hợp hữu cơ  – hoá dầu chưa phát triển mạnh, nên nhà máy sản  
xuất vinyl axetat chưa được xây dựng. Song cùng với sự  phát triển đất nước,  
tiến hành công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước để đến năm 2020 nước ta trở 
thành một nước công nghiệp. Khi đó nhà máy lọc dầu số 1, số  2 ra đời, là nơi  
cung cấp nguyên liệu cho nhà máy sản xuất vinyl axetat. Cho nên nhà máy sản 
xuất vinyl axetat nhất thiết ra đời để đáp ứng các yêu cầu của nền kinh tế.

Ngày nay nhu cầu về sử dụng vinyl axetat của các ngành công nghiệp trong 
nước nói riêng, trên thế giới nói chung ngày một tăng cao. Đặc biệt đất nước ta 
đang trong công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa và có sẵn nguồn nguyên 
liệu cho quá trình tổng hợp.Ngoài nguồn nguyên liệu truyền thống thì ngày nay 
ngành công nghiệp chế biến khí phát triển mạnh tạo ra nguồn nguyên liệu có 

SVTH: Hồ Chí Trung

1                      GVHD: TS.Trương Thanh Tâm


Đồ án môn học              Thiết kế phân xưởng sản xuất vinyl axetat từ C2H4 và 
CH3COOH
giá rẻ và phong  phú cho quá trình tổng hợp. Do đó, ở Việt Nam việc thiết kế 
một nhà máy sản xuất vinyl axetat là một vấn đề cần thiết và có ý nghĩa rất 
quan trọng.
                               CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
1.1. Giới thiệu về nguyên liệu của quá trình sản xuất vinyl axetat từ etylen  
và axit axetic
1.1.1. Giới thiệu chung về etylen [ 8, 12 ]
Etylen có công thức cấu tạo CH2 = CH2, khối lượng phân tử  M= 28,052, 
etylen không được sử dụng một cách trực tiếp mà etylen được sử  dụng như  là  
một chất trung gian để  sản xuất ra các chất khác với số  lượng lớn trong hóa  
học. Từ  năm 1930  ở  Châu Âu, etylen được sản xuất từ  cốc, và nổi lên giữa 
những năm 1940 với việc tách được etylen từ khí thải trong nhà máy lọc dầu và 
sản   xuất   từ   etan   trong   khí   thiên   nhiên.   Etylen   được   coi   là:   “   Vua   của   các 
hydrocacbon “ bởi một số lí do:
Cấu tạo đơn giản, hoạt tính cao.
Đương đối rẻ tiền.
Dễ sản xuất từ các hydrocacbon khác bằng quá trình cracking hơi 

nước với hiệu xuất cao.
Các phản  ứng đi từ  nguyên liệu etylen tạo thành ít tạo sản phẩm  
tạo thành từ các olefin khác.
xuất
triệu

Từ  đó etylen đã dần thay thế  axetylen trong việc tổng hợp hữu cơ. Etylen s ản  
trên toàn thế giới (hơn 109 triệu tấn năm 2006) vượt trội so với bất kỳ hợp chất
hữu cơ  khác. Cho đến năm 2009, công suất etylen trên thế  giới đã đạt 126,7  
tấn và đang có dấu hiệu cung vượt cầu.
1.1.1.1.
Tính chất vật lý [ 4, 7 ]
Etylen là một chất khí đứng đầu trong dãy đồng đẳng anken, không màu, không  
mùi, hầu như  không tan trong nước (ở 0 oC, 100 thể tích nước hòa tan 0,25 thể 
tích khí etylen). Etylen hóa lỏng ở –105oC, tỷ trọng = 0,566.
Etylen có một số tính chất vật lý sau:

SVTH: Hồ Chí Trung

2                      GVHD: TS.Trương Thanh Tâm


Đồ án môn học              Thiết kế phân xưởng sản xuất vinyl axetat từ C2H4 và 
CH3COOH
Nhiệt độ nóng chảy

Bảng 1.1. Một số tính chất vật lý của etylen
­169, 1oC

Nhiệt độ sôi

­103,7oC

Nhiệt độ tới hạn Tc

9,90oC

Áp suất tới hạn Pc

5,117MPa

Tỷ trọng tới hạn

0,21g/cm3

Tỷ trọng

ở nhiệt độ sôi

0,57g/cm3

ở 0oC

0,34g/cm3

Tỷ trọng khí tại Tc và Pc

1,2603g/L

Tỷ trọng so với không khí

0,9686

Thể tích phân tử gam ở Tc và Pc

22,258L

Nhiệt nóng chảy

119,5KJ/Kg

Nhiệt trị

47,183KJ/Kg

Nhiệt hóa hơi

ở nhiệt độ sôi

488KJ/Kg

ở 0 C

191KJ/Kg

o

Tỷ nhiệt

Của   chất   lỏng   tại   nhiệt  2,63KJ/Kg

độ sôi
Của khí tại Tc
1,55KJ/Kg

Entanpi tạo thành

52,32KJ/mol

Entropi

0,220KJ/mol.K

Độ nhớt của khí

Áp suất hơi

Điểm bốc cháy

SVTH: Hồ Chí Trung

ở nhiệt độ nóng chảy

36.10­4mPa.s

ở 0oC

93.10­4mPa.s

ở 150oC

143.10­4mPa.s

ở ­150oC

0,002Mpa

ở nhiệt độ sôi

0,102Mpa

ở ­50oC

1,10Mpa

ở 0oC

4,27Mpa
450÷527oC

3                      GVHD: TS.Trương Thanh Tâm


Đồ án môn học              Thiết kế phân xưởng sản xuất vinyl axetat từ C2H4 và 
CH3COOH
1.1.1.2.Tính chất hóa học [ 4 ]
Etylen là một hyđrocacbon không no, lai hóa sp2 trong cấu tạo có 1 liên 
kết  , 1 liên kết  , liên kết   kém bền so với liên kết  , nên có những phản ứng 
quan trọng như: cộng, oxy hóa, trùng hợp.
a. Phản ứng cộng 
Các phản  ứng đặc trưng nhất của etylen là phản  ứng cộng vào liên kết 

đôi.
Trong  phản  ứng này, liên kết đôi thực chất là liên kết   bị bẻ gãy và kết hợp 
với 2 nguyên tử hoặc 2 nhóm nguyên tử khác tạo ra hợp chất no.
Cộng H2
Etylen cộng với H2 có xúc tác Pd tạo ra etan, phản ứng tỏa nhiệt.
                 CH2  = CH2   +   H2
CH3   CH3
Cộng Br2
Etylen cộng Br2 tạo ra đibrom etan, phản ứng tỏa nhiệt, hiệu suất 85%.
CH2 = CH2  + Br2                    BrCH2   CH2Br     
Cộng axit
●  Cộng axit HCl:           CH2 = CH2   +  HCl                      CH3CH2Cl
●  Cộng axit H2SO4
CH2 = CH2+  H2SO4                                      CH3   CH2   OSO3H
                        2CH2 = CH2+  H2SO4                                        (C2H5O)2SO2
● Cộng axit HOCl, HOBr
CH2 = CH2+  HOCl                                      ClCH2   CH2OH
                                                                                        Etylen clohiđrin
CH2 = CH2+  HOBr                                 BrCH2  CH2OH
                                                                                        Etylen bromhiđrin
Cộng H2O
Etylen cộng nước có H2SO4 làm xúc tác, nhiệt độ  nhỏ  hơn 170 0C tạo ra 
rượu etylic.
Etylen cộng nước có  ­Al2O3 làm xúc tác, nhiệt độ 250÷260oC và áp suất 
50÷80at tạo ra rượu etylic.
CH2 = CH2 + H2O     CH3 ­ CH2OH
Cộng benzen

SVTH: Hồ Chí Trung

4                      GVHD: TS.Trương Thanh Tâm


Đồ án môn học              Thiết kế phân xưởng sản xuất vinyl axetat từ C2H4 và 
CH3COOH
CH2 = CH2   + C6H6                      C6H5CH2CH3                    C6H5CH = CH2
Quá trình thực hiện với sự  có mặt của xúc tác  ở  dạng phức lỏng chứa  
10÷12% AlCl3, 50÷60% benzen, 25÷30% polyankyl benzen.Nhiệt độ  phản  ứng 
80÷1000C.
Cộng Cl2
● Tạo 1,2­dicloetan
Cộng hợp etylen với clo được 1,2­dicloetan. Phản ứng xảy ra ở pha lỏng  
và thường có FeCl3 làm xúc tác:
CH2 = CH2  +  Cl2                     ClCH2   CH2Cl   
Ngoài ra cũng có thể nhận được 1,2­dicloetan bằng phản ứng clo­oxy hóa 
etylen và có mặt của xúc tác.
CH2 = CH2  + 2HCl + 0,5O2                   ClCH2  CH2Cl  + H2O   
● Tạo vinyl clorua
CH2 = CH2 + Cl2    ClCH2 – CH2Cl      CH2 = CHCl
Phản  ứng được thực hiện  ở  pha lỏng trong dung môi etanol, nhưng tiêu 
tốn NaOH và C2H5OH, đồng thời đòi hỏi 1,2­dicloetan phải có độ tinh khiết cao  
99,9%.
Nếu   đun   nóng   ở   400oC,   CaCl2  nóng   chảy   làm   xúc   tác   tạo   được 
vinylclorua với hiệu suất 65   67%.
CH2 = CH2  + Cl2                           CH2 = CHCl+ HCl
           b. Phản ứng oxy hóa
Oxy hóa hoàn toàn
CH2 = CH2  + 3O2                         2CO2   +   2H2O      
Oxy hóa không hoàn toàn
 Etylen bị  oxy hóa bởi tác nhân oxy hoa mạnh kalipemanganat trong dung dịch  

KOH tạo ra etylen glycol.

 Oxy hóa etylen thành axetalđehit
Etylen bị  oxy hóa đến axetalđehit trong dung dịch HCl pha loãng chứa 
PdCl2 và CuCl2. Thủy phân phức này cho axetalđehit và kim loại Pd.

SVTH: Hồ Chí Trung

5                      GVHD: TS.Trương Thanh Tâm


Đồ án môn học              Thiết kế phân xưởng sản xuất vinyl axetat từ C2H4 và 
CH3COOH
 Pd + CuCl2        2CuCl + PdCl2
Để có CuCl2 thì oxy hóa CuCl trong không khí hoặc oxy.
                2CuCl + 2HCl + 0,5O2   2CuCl2 + H2O
Phản ứng tổng quát:
  ΔHo298 = ­562 Kcal/mol
c. Phản ứng trùng hợp
Một trong những phản  ứng quan trọng nhất trong kỹ  thuật hiện nay là 
phản  ứng trùng hợp tạo ra các polyme.Quá trình tỏa nhiệt mạnh, etylen tỏa  
nhiệt lớn nhất trong trùng hợp ở thể khí là 800 cal/g.
                   nCH2 = CH2                             [  CH2  CH2  ]n (Poly etylen)
Polyme này có giá trị  cao trong đời sống: được dùng để  sản xuất nhựa,  
vải tổng hợp...
d. Phản ứng tổng hợp oxo
Tổng hợp oxo là tổng hợp các anđehit hay xeton từ  oxit cacbon và hiđro.  
Etylen thực hiện phản  ứng tổng hợp oxo tạo ra andehit propanic b ằng cách 
phóng khí than ướt (CO:H2=1:1) đi qua etylen ở nhiệt độ 50   100oC và áp suất 
10Mpa với xúc tác Coban, phản ứng tỏa nhiệt mạnh.

CH2  CH2 + CO + H2                  CH3  CH2  CHO   
1.1.1.3. Phương pháp điều chế [ 5 ]
Có nhiều phương pháp sản xuất etylen:
­
Lấy etylen từ khí dầu mỏ và khí cốc.
­
Cracking hơi nước và cracking xúc tác.
­
Khử nước của rượu etylic.
­
Hydro hóa axetylen.
a. Lấy etylen từ khí dầu mỏ và khí cốc
Phương pháp này đơn giản nhất, thực hiện các quá trình ngưng tụ, hấp 
thụ  và tinh luyện để  tách riêng etylen từ  các quá trình FCC trong nhà máy lọc 
dầu nhưng sản lượng rất ít.
b. Cracking hơi nước
Cracking hơi nước là quá trình sản xuất olefin thấp bằng cách nhiệt phân 
các hydrocacbon no từ khí tự nhiên và phân đoạn dầu mỏ với sự có mặt của hơi 
nước. Các phản  ứng chính của quá trình cracking hơi nước bao gồm: dehydro 

SVTH: Hồ Chí Trung

6                      GVHD: TS.Trương Thanh Tâm


Đồ án môn học              Thiết kế phân xưởng sản xuất vinyl axetat từ C2H4 và 
CH3COOH
hóa, nhiệt phân, dehydro vòng hóa và deakyl hóa. Etylen được sản xuất chủ yếu  
từ  quá trình này (Ở  Mỹ  52% etylen được sản xuất từ  etan,  ở  Nhật và Tây Âu  
71% etylen được sản xuất từ phân đoạn naphta của chưng cất dầu thô, 11% từ 

phân đoạn gasoil, 11% từ  LPG). Do các nhà máy sản xuất etylen theo phương  
pháp này có chi phí xây dựng thấp hơn, hoạt động đơn giản hơn, cho hiệu suất  
cao hơn và ít sản phẩm phụ hơn.
Etylen tạo ra dựa trên các phản ứng sau:
Cn+mH2(n+m)+2       CmHm + CnH2n+2     (1)
CpH2p+2            CpH2p + H2                (2)
Các phản ứng này đều thu nhiệt mạnh và tăng thể tích nên phải cung cấp  
nhiệt cho phản  ứng và giảm áp suất riêng phần bằng cách pha loãng bằng hơi 
nước và thời gian phản ứng ngắn để giảm phản ứng phụ.
Đối với các nguyên liệu nặng quá trình diễn ra theo cơ  chế  chuỗi gốc 
phức tạp nhưng vẫn là cắt mạch C – C tạo ra một parafin và một olefin như 
phản ứng (1). Tốc độ cracking lớn ở nhiệt độ trên 700oC.
Phản  ứng dehydro hóa chỉ  xảy ra mạnh  ở  nhiệt độ  800÷850oC. Các quá 
trình tạo cốc, hydrocacbon thơm đa vòng xảy ra mạnh  ở nhiệt độ  900÷1000oC. 
Thời gian lưu dài cũng làm tăng các hợp chất hydrocacbon nặng trong quá trình 
sản xuất olefin bằng phản ứng cracking.
Các thông số công nghệ của quá trình:
­ Nhiệt độ phản  ứng: Thay đổi từ  700÷900oC tùy thuộc vào loại nguyên 
liệu. Đối với nguyên liệu là etan thì tiến hành trong khoảng 800÷850oC còn với 
nguyên liệu nặng như naphta thì tiến hành ở nhiệt độ thấp hơn.
­ Thời gian lưu: thời gian lưu nằm trong khoảng 0,2÷1,2 giây. Về mặt lý  
thuyết thì thời gian lưu ngắn sẽ tăng tốc độ chọn lọc tạo etylen và protylen, tuy 
nhiên thời gian lưu lại  ảnh hưởng tới một số yếu tố kinh tế, kỹ thuật như độ 
bền vật liệu, giá thành lò phản  ứng…do vậy người ta chỉ  khống chế  giá trị 
dưới là 0,2 giây.
­ Áp suất riêng phần hydrocacbon và vai trò của nước: khi pha loãng hơi  
nước về mặt nhiệt động học là thích hợp vì phản ứng thích hợp ở áp suất thấp. 
Nhưng về  mặt động học khi đó áp suất riêng phần của hydrocacbon giảm do  

SVTH: Hồ Chí Trung

7                      GVHD: TS.Trương Thanh Tâm


Đồ án môn học              Thiết kế phân xưởng sản xuất vinyl axetat từ C2H4 và 
CH3COOH
vậy vận tốc tổng cộng của phản  ứng giảm, tuy nhiên độ  chọn lọc tạo thành 
olefin lại tăng.
Như vậy hơi nước có vai trò sau:
+ Làm giảm áp suất riêng phần của hydrocacbon (có lợi cho phản  ứng  
tăng thể tích) và làm tăng hiệu suất tạo thành olefin.
+ Giảm phản  ứng phụ  polyme hóa lượng cốc tạo thành trong ống phản 
ứng.
+ Giảm nhiệt cung cấp cho một đơn vị  chiều dài  ống do hiệu  ứng pha  
loãng.
+ Cung cấp nhiệt cho phản ứng khi pha trộn.
Tuy nhiên việc dùng nước pha loãng cũng có một số hạn chế sau đây:
+ Hơi nước phải được gia nhiệt tới nhiệt độ phản ứng, do vậy tốn nhiệt 
năng.
+ Sự  có mặt của hơi nước làm tăng thể tích phản  ứng dẫn đến tăng giá  
lò nhiệt phân.
+ Việc tách nước ra khỏi sản phẩm tương đối kém.
Tỷ   lệ   hơi   nước   (khối   lượng   hơi   nước/khối   lượng   nguyên   liệu)   phụ 
thuộc vào khối lượng phân tử  của nguyên liệu. Đối với etan là 0,2÷1, đối với  
naphta là 1÷1,2.
c. Hydro hóa axetylen
Phương pháp này dùng ở các nước không có dầu mỏ và khí cacbua hydro. 
So với phương pháp khử  nước của rượu etylic thì phương pháp này kinh tế 
hơn.
Phản ứng hydro hóa axetylen tiến hành ở áp suất thường, nhiệt độ 250oC, 

dùng xúc tác là Pd mang trên silicagen.
C2H2 + H2 

  C2H4 + 42Kcal

Phản  ứng tỏa nhiệt mạnh, để  dễ  khống chế  nhiệt độ  phải pha loãng 
axetylen bằng hydro và khí tuần hoàn để  C 2H4 có nồng độ  12% trong hỗn hợp  
khí. Dùng nước  để  làm sạch etylen. Trong khí sản phẩm gồm: C 2H2: 0,2%; 

SVTH: Hồ Chí Trung

8                      GVHD: TS.Trương Thanh Tâm


Đồ án môn học              Thiết kế phân xưởng sản xuất vinyl axetat từ C2H4 và 
CH3COOH
C2H6: 3,0%; C2H4: 63%; H2: 30%; khí trơ  và hydrocacbua cao: 2,7%. Hiệu suất  
etylen đạt 80÷85%.
 Ngoài các phương pháp điều chế chính như trên còn có các phương pháp phụ 
sau:                       
                 CH3 ­ CH2 ­ Cl  CH2 = CH2 + HCl
                           Br ­ CH2 ­ CH2­Br + Zn     CH2 = CH2 + ZnBr2
CH2 = CH – COOH        CH2 = CH2 + CO2
1.1.1.4. Ứng dụng [ 4, 7 ]
Etylen được xem là “vua của công nghiệp hóa dầu”. Năng lực sản xuất 
công nghiệp hóa dầu của một số nước được đánh giá bằng năng lực sản xuất 
etylen. Sở dĩ như vậy vì etylen là một nguyên liệu có khả năng thực hiện phản 
ứng cộng dễ dàng với nhiều vật liệu rẻ tiền như oxy, clo, hyđro clorua và nước 
để có nhiều sản phẩm rất quí, đa dạng, trong khi đó phản ứng lại xảy ra trong  
điều kiện tương đối ôn hòa nhưng hiệu suất lại rất cao. Etylen có khả  năng  

thực hiện phản  ứng thế  để  tạo ra các monome vinyl trong sản xuất chất dẻo  
PVC cũng như có khả năng trùng hợp để cho polietylen. Vì vậy trên 65% etylen 
được sử  dụng để  sản xuất các loại chất dẻo: PE, PS, PVC, PVA, AS (nhựa  
acrylonitril styren), ABS(nhựa acylonitril butadien),SBR(cao su tổng hợp styren  
butadien)...,10% etylen dùng để  sản xuất chất chống đóng băng, còn lại được 
dùng để  sản xuất các hóa chất cho nhiều ngành khác, trong đó quan trọng hơn 
cả là sản xuất chất hoạt động bề mặt và dung môi.
Etylen cháy với ngọn lửa sáng hơn ngọn lửa metan, tạo thành khí CO 2 và 
hơi nước. Hỗn hợp etylen và oxy là hỗn hợp nổ mạnh vì phản ứng đốt cháy tỏa  
nhiều nhiệt. Do đó có thể dùng etylen với oxy để hàn cắt kim loại.
Ngoài  ứng dụng trong tổng hợp hữu cơ  với rất nhiều sản phẩm quí, 
etylen còn dùng để giấm quả xanh vì etylen có tác dụng kích thích sự hoạt động  
của các men làm quả  mau chín. Do đó có thể  dùng etylen để  giấm cà chua, 
chanh, chuối... với nồng độ rất loãng ở 18 200C.
1.1.1.5. Tồn chứa, bảo quản
Etylen tại các cơ  sở  sản xuất được nén hoặc hóa lỏng trong các bình  
chứa bằng thép dày có độ  an toàn cao, có các thiết bị  an toàn chiết nạp, và  
phòng chống cháy nổ nghiêm ngặt. Khi cần lượng khí vào các thiết bị sản xuất 

SVTH: Hồ Chí Trung

9                      GVHD: TS.Trương Thanh Tâm


Đồ án môn học              Thiết kế phân xưởng sản xuất vinyl axetat từ C2H4 và 
CH3COOH
với vận tốc chậm người ta xả  khí vào các bể  chứa dạng phao hình cầu, trụ, 
hoặc cho qua thiết bị giảm áp như van tiết lưu.
1.1.2. Giới thiệu chung về axit axetic [ 11, 12 ]
Axit   axetic   có   công   thức   hóa   học   CH3COOH,   khối   lượng   phân   tử 

M=60,05 là chất lỏng không màu, có tính ăn mòn. Axit axetic  có mùi xốc, vũ 
chua, tan nhiều trong nước, rượu, axeton và các dung môi khác và là chất nguy 
hiểm với da. Axit axetic được tìm thấy trong dung dịch loãng của nhiều loại  
động thực vật. Trong giấm có khoảng 4 12% axit axetic và được sản xuất 
bằng phương pháp lên men rượu. Nó được tìm thấy cách đây hơn 5000 năm 
trước.
Hiện nay các nước sản xuất axit axetic tổng hợp nhiều nhất là Mỹ, Tây  
Âu, Nhật Bản, Canada và Mexico. Tổng công suất của các nhà máy sản xuất  
axit axetic tại các nước này đạt 4 triệu tấn/năm. Axit axetic được sử dụng trong 
nhà máy sản xuất vinyl axetat và anhyđric axetic.Vinyl axetat  được sử  dụng 
trong quá trình sản xuất nhựa latic làm phụ  gia cho sơn, keo dán, giấy bọc và  
trong công nghiệp dệt. Anhyđric axetic được sử  dụng để  sản xuất sợi xenlulo  
axetat, đầu lọc thuốc lá, và nhựa xelulo.
1.1.2.1. Tính chất vật lý [ 5, 11, 12 ]
Axit axetic có nhiệt độ nóng chảy 16,66oC,  đông  đặc   tạo thành tinh thể 
như  nước đá,  nhiệt độ  sôi 117,9oC  ở  áp suất 101,3Kpa.Axit axetic  ở  nhiệt độ 
thường là một chất lỏng không màu, trong suốt, thường lẫn các tạp chất như 
nước,   anhyđric   axetic   và   các   chất   dễ   oxy   hóa   khác.Axit   axetic   đóng   rắn 
(chứa<1% nước) có tính hút ẩm mạnh. Sự có mặt của nước ở nồng độ nhỏ hơn 
0,1% thể tích làm giảm nhiệt độ nóng chảy của axit axetic khoảng 0,2oC.
Axit axetic tan vô hạn trong nước, là dung môi tan tốt trong các chất hữu 
cơ, vô cơ. Nó là hợp chất rất  ổn định, hơi của nó không phân hủy  ở  4000C, 
nhiệt lượng đốt nóng là 3490 kcal/mol. Axit axetic có mùi hăng chua, là chất 
độc, dễ làm hỏng niêm mạt mắt, làm hỏng da khi ở dạng đặc. Khi bị  làm lạnh  
đóng rắn thành tinh thể không màu dạng lá mỏng,  có nhiệt độ sôi cao hơn rượu  
có cùng khối lượng phân tử do giữa các phân tử axit có liên kết hydro bền vững . 
Người ta có thể  đánh giá độ  tinh khiết của axit axetic qua nhiệt độ  đông đặc.  
Nhiệt độ đông đặc của dung dịch axit axetic được cho bảng sau:
                                  Bảng 1.2. Nhiệt độ đông đặc của dung dịch axit axetic
%khối lượng

Nhiệt độ đông đặc,0C

SVTH: Hồ Chí Trung

%khối lượng

Nhiệt độ đông đặc,0C

10                      GVHD: TS.Trương Thanh Tâm


Đồ án môn học              Thiết kế phân xưởng sản xuất vinyl axetat từ C2H4 và 
CH3COOH
100
99,6
99,2
98,8
98,4
98,0
97,6
97,2

16,75
15,84
15,12
14,49
13,86
13,25
12,66

12,09

96,8
96,4
66,0
93,46
80,6
50,6
18,11

11,48
10,83
10,17
7,1
­7,4
­19,8
­6,3

Tỷ   trọng   của   dung   dịch   axit   axetic   đạt   cực   đại   ở   khoảng   nồng   độ 
77 78% trọng lượng tại nhiệt độ  150C. Tỷ  trọng của axit axetic tinh khiết là 
một hàm phụ thuộc vào nhiệt độ.
Một số tính chất vật lý của axit axetic.
                          Bảng 1.3. Một số tính chất vật lý của axit axetic
Dạng khí ở 25oC
1,110 J/g.K
Nhiệt dung riêng,Cp

Độ nhớt

Dạng lỏng ở 19,4oC

2,043 J/g.K

Dạng tinh thể ở 1,5oC

1,470 J/g.K

ở ­175,8oC

0,783 J/g.K

ở 20oC

11,83 mPa.s

ở 25 C

10,97 mPa.s

ở 40 C

10,97 mPa.s

o
o

Entanpi tạo thành

ΔHo(lỏng,25oC)
ΔHo(hơi,25oC)

Nhiệt cháy,ΔHc(lỏng)
Entropi

­874,8 KJ/mol
So(lỏng,25oC)

­484,50 KJ/mol

So(hơi,25oC)

­432,25 KJ/mol

Điểm chớp cháy cốc kín

43oC

Điểm tự bốc cháy

465oC

Áp suất tới hạn,Pc

5,786 Mpa

Nhiệt độ tới hạn,Tc

592,71K

SVTH: Hồ Chí Trung

11                      GVHD: TS.Trương Thanh Tâm


Đồ án môn học              Thiết kế phân xưởng sản xuất vinyl axetat từ C2H4 và 
CH3COOH
1.1.2.2. Tính chất hóa học [ 5, 7 ]
Axit axetic thuộc loại axit cacboxylic đơn chức no, trong cấu tạo có nhóm  
cacboxyl ( COOH) nên thể hiện đầy đủ  tính chất của một axit hữu cơ. Có các 
phản ứng chính sau:
 Phản ứng kéo theo sự đứt liên kết O H.
Phản ứng xảy ra ở nguyên tử C của nhóm cacboxyl.
Đa số  phản  ứng loại này là sự  tấn công nucleophyl của tác nhân X vào  
nguyên tử cacbon của nhóm cacboxyl, tiếp theo xảy ra sự đứt liên kết C  H tạo 
thành este, alkyl clorua.
Phản ứng decacboxyl hóa.
 Phản ứng thế của nguyên tử cacbon  .
a. Tính axit
Trong dung dịch nước, axit axetic phân ly tạo ra anion, cation:
CH3 COOH   +   HOH                            CH3COO    +    H3O+ 
So với axit vô cơ, axit axetic là axit yếu, có hằng số axit:
Phản ứng với NaOH:
CH3COOH    +    NaOH                                CH 3COONa   +   H2O
b. Phản ứng xảy ra ở nguyên tử C của nhóm cacboxyl
Nguyên tử  C của nhóm cacboxyl tích một phần điện dương, do sự  phân 
cực của nối đôi cacbonyl ( CO), do sự chuyển dịch điện tử không chia của oxy 
trong nhóm hyđroxyl ( OH) mà một phần điện tích dương trên nguyên tử C của 
nhóm cacboxyl nhỏ  hơn so với trường hợp nguyên tử  C của nhóm cacbonyl  
trong anđehit. Thường các phản  ứng này dùng axit vô cơ  làm chất xúc tác.Vai 
trò của axit vô cơ  là làm tăng mật độ  điện tích dương trên nguyên tử  C của  

nhóm cacboxyl tạo điều kiện cho sự tấn công nucleophyl của tác nhân X. Tiếp 
đó là đứt liên kết C OH, hoàn nguyên lại xúc tác và cho sản phẩm cuối.
Phản ứng este hóa
Axit axetic khi tác dụng với rượu etylic có mặt xúc tác axit vô cơ  tạo ra 
este. Đây là phản ứng thuận nghịch.
CH3COOH    +    C2H5OH                          CH3COOC2H5  +   H2O
Este etyl axetat
Tạo thành clorua axetyl

SVTH: Hồ Chí Trung

12                      GVHD: TS.Trương Thanh Tâm


Đồ án môn học              Thiết kế phân xưởng sản xuất vinyl axetat từ C2H4 và 
CH3COOH
Axit axetic tác dụng với pentaclorua photpho, triclorua photpho, thionyl  
clorua sẽ tạo thành clorua axetyl do sự thế nhóm  OH bằng nhóm  Cl.
CH3COOH    +   SOCl2                                CH3COCl    +   SO2     +   HCl
CH3COOH    +   PCl5                                   CH3COCl    +   POCl3   +    HCl
3CH3COOH  +   PCl3                                    3CH3COCl   +   H3PO3
c. Phản ứng decacboxyl hóa
 Đối với axit axetic, khi đun nóng muối natri của nó với vôi tôi xút cho metan.
CH3COOH  CH4 + CO2
Dưới tác dụng của nhiệt độ, xúc tác MnO2 tạo ra axeton.
2CH3COOH  CH3COCH3 + CO2 + H2O
d. Phản ứng của nguyên tử cacbon 
Do hiệu  ứng siêu liên hợp với nhóm cacbonyl ( CO), nguyên tử  hyđro 
trong axit axetic dễ bị thay thế bởi halogen. Phản  ứng tiến hành tốt nhất khi có  
lượng photpho đỏ.

CH3COOH   +    Br2
        BrCH2COOH   +   HBr
CH3COOH + Cl2          ClCH2COOH + HCl
Tác dụng của photpho đỏ  là làm chuyển hóa axit axetic thành  ­bromua 
axetyl, chất này dưới tác dụng của xúc tác axit tạo điều kiện cho halogen tấn  
công vào.
e. Tạo thành axetamit
Khi đun nóng axit axetic với amoniac tạo thành muối amoni axetyl, sau đó  
phản ứng tiếp theo tạo thành axetamit.
f. Tạo thành anhyđrit axetic
 Khi đun nóng ở nhiệt độ 700   8000C với chất hút nước mạnh P2O5, hai phân 
tử axit axetic mất 1 phân tử nước tạo ra anhyđrit axetic.
2CH3COOH + NH3 (CH3CO)2O + H2O
g. Tác dụng với kim loại tạo muối axetat
Axit axetic khi phản  ứng với kim loại như Mn, Zn,Cu,Na... t ạo ra mu ối  
axetat.

SVTH: Hồ Chí Trung

13                      GVHD: TS.Trương Thanh Tâm


Đồ án môn học              Thiết kế phân xưởng sản xuất vinyl axetat từ C2H4 và 
CH3COOH
Các loại muối này có giá trị  sử  dụng lớn: axetat Zn, axetat Cu được sử 
dụng để  sản xuất bột màu. Ngoài ra còn có axetat Fe, axetat Na, axetat Mn...  
dùng làm xúc tác cho quá trình tổng hợp hữu cơ.
CH3COOH   +   Na      
                    CH3COONa    + 0,5H2
2CH3COOH    Mn  

        (CH3COO)2Mn     +    H2
h. Tạo axit peraxetic
Oxy hóa axit axetic bằng H2O2 tạo ra axit peraxetic.
CH3COOH     +    H2O2
                  CH3COOOH    +    H2O
Phản ứng này xảy ra với sự có mặt của xúc tác H 2SO4 (10   20% trọng lượng). 
Hiện nay người ta dùng axit peraxetic để điều chế các hợp chất epoxy.
k. Tạo ra axeton phenol
Khi cho hơi của hỗn hợp axit axetic và axit bezoic đi qua xúc tác ThO2 
hoặc MnO2 ở 400   5000C tạo ra axeton phenol.
CH3COOH    +    C6H5COOH
        C6H5COCH3+  CO2   + H2O
l. Tác dụng với axetylen
Axit axetic tác dụng với axetylen khi có mặt của xúc tác Hg  ở  70   800C sẽ 
tạo thành etyliden diaxetat.
2CH3COOH   +   C2H2
   CH3CH(OCOCH3)2
Khi đốt nóng etyliden diaxetat có mặt của xúc tác sẽ  phân hủy thành 
axetalđehit và anhyđrit axetic.
CH3CH(OCOCH3)2
          CH3CHO   +    (CH3CO)2O
 Từ axit axetic và axetylen tạo ra este không no là vinyl axetat.
CH3COOH    +    C2H2
     CH2 = CHOCOCH3ΔHo298 = ­28,3Kcal
m. Tác dụng với etylen
Axit axetic tác dụng với etylen có mặt của oxy tạo thành vinyl axetat.
CH3COOH + C2H4 + 0,5O2      CH2 = CHOCOCH3 + H2O
                                                                          ΔHo298 = ­180KJ/mol
1.1.2.3. Ứng dụng [ 5, 8 ]
Axit axetic có rất nhiều  ứng dụng trong công nghiệp tổng hợp hữu cơ.  

Từ  axit axetic đem tổng hợp tạo ra các polyme có giá trị  kinh tế cao trong công  
nghiệp: thuốc trừ  cỏ, làm dung môi, axetat xelulo, este, sợi tổng hợp, chất kết  
dính, nhuộm...

SVTH: Hồ Chí Trung

14                      GVHD: TS.Trương Thanh Tâm


Đồ án môn học              Thiết kế phân xưởng sản xuất vinyl axetat từ C2H4 và 
CH3COOH
1.1.2.4. Điều chế axit axetic [ 3, 5, 8, 11 ]
Axit   axetic   được   dùng   rộng   rãi   trong   công   nghiệp,   đời   sống   và   y 
học.Công nghiệp sản xuất axit axetic phát triển từ  sau đại chiến thế  giới thứ 
hai và hiện nay đang phát triển mạnh mẽ. Có rất nhiều phương pháp điều chế 
axit axetic, trước đây người ta điều chế  bằng phương pháp lên men và chưng 
khô gỗ, oxy hóa rượu etylic. Nhưng trước những yêu cầu sử  dụng axit axetic  
ngày càng lớn đòi hỏi phải sản xuất theo phương pháp tổng hợp.
Có các phương pháp chính sau:
Oxy hóa axetalđehit.
Tổng hợp từ oxit cacbon và rượu metylic.
Oxy hóa hyđro cacbon butan, naphta
a. Oxy hóa axetaldehit
Phương pháp oxy hóa axetaldehit để  điều chế  axit axetic được dùng rộng 
rãi trong công nghiệp ở nhiều nước.
 Phản ứng tổng quát:
CH3CHO + 0,5O2    CH3COOH
Phản ứng oxy hóa axetaldehit tiến hành trong pha lỏng hay pha hơi. Phản 
ứng tiến hành trong pha hơi không cần xúc tác nhưng do phản ứng tỏa nhiệt nên  
dễ  gây ra đun nóng cục bộ  làm cho phản  ứng tạo nhiều sản phẩm phụ  do  

axetaldehit bị oxy hóa sâu (metyl axetat, etyliden diaxetat, axit fomic, CO2).
Mặt khác hơi axetaldehit tạo với không khí một hỗn hợp nổ  trong giới  
hạn rộng. Vì các lý do đó trong thực tế  ít dùng phương pháp này. Trong công 
nghiệp hay dùng   phương pháp oxy hóa axetaldehit trong pha lỏng, xúc tác là 
Mangan   (0,05÷0,1%   trọng   lượng   tính   theo   axetaldehit),   nhiệt   độ   phản   ứng 
50÷80oC, át suất 3÷4at, dùng oxy kỹ  thuật, hiệu suất thu được axit axetic là 
96%.
Nhiệt độ ảnh  hưởng lớn đến quá trình. Nếu nhiệt độ thấp sẽ xảy ra tích  
tụ peroxit axetyl trong phản ứng dẫn đến hiện tượng nỗ. Nếu nhiệt độ  quá cao 
thì cần phải tăng áp suất và dễ  xảy ra phản  ứng oxy hóa sâu. Do đó hay tiến  
hành  ở  nhiệt độ  80oC, để  duy trì nhiệt độ  như  vậy trong tháp có đặt các  ống 
xoắn làm lạnh. Quá trình oxy hóa axetaldehit xảy ra theo cơ chế gốc chuỗi tự 
do.

SVTH: Hồ Chí Trung

15                      GVHD: TS.Trương Thanh Tâm


Đồ án môn học              Thiết kế phân xưởng sản xuất vinyl axetat từ C2H4 và 
CH3COOH
b. Oxy hóa n­butan trong pha lỏng
C4H10 + 5/2O2 2CH3COOH + H2O    ΔHo298 = ­420 KJ/mol
Sản phẩm oxy hóa có thành phần phức tạp, ngoài axit axetic còn có axit  
fomic, axit propanoic… Các hợp chất chứa oxy khác. Hiệu suất CO x:17%; este 
và xeton:22%; axit axetic: 57%, axit axetic và axit propanoic: 4%.
c. Sản xuất axit axetic từ oxit cacbon và metanol
Năm 1913, hãng BASF đã thiết kế quá trình sản xuất axit axetic từ metanol và  
CO ở nhiệt độ phản ứng là 250oC, áp suất 70Mpa.
CH3OH + CO    CH3COOH      ΔHo298 = ­138,6 KJ/mol

Xúc tác: Co(CO)8, xúc tác chứ Co này được hoạt hóa bằng axit HI.
Tốc độ  phản  ứng phụ  thuộc vào hiệu suất hơi riêng phần của CO và 
nồng độ  methanol .Hiệu suất chuyển hóa axit axetic đạt 90% với metanol và 
70% đối với CO.
Sản   phẩn   phụ   của   quá   trình   này   là   CH4,   CH3CHO,   C2H5OH,   CO2, 
C2H5OOH, alkyl axetat, 2­etyl­1­butanol. Khoảng 3,5% mất mát dưới dạng CH4; 
4,5% ở dạng sản phẩm lỏng; 2%  ở dạng khí thải; khoảng 10% CO nguyên liệu 
biến đổi thành CO2 theo phản ứng:      CO + H2O    CO2 + H2
Ở áp suất thường, hiệu suất chuyển hóa là 99% với metanol và 90% với 
oxit cacbon.
d. Đi từ axetylen, etylen
 CHCH + H2O        CH3CHO    CH3COOH
            CH2 = CH2 + 0,5O2     CH3CHO     CH3COOH
 
           CH2= CH2 + H2O  CH3CH2OH  CH3CHO  CH3COOH
1.1.2.5. Tồn chứa, bảo quản [ 5 ]
Axit axetic là chất gây ăn mòn, và dễ tạo muối với một số kim loại hoạt  
động  nên việc tồn chứa, bảo quản rất khó khăn, thông  thường tại các cơ  sở 
sản xuất chứa axit axetic vào các bể chứa bằng thép không gỉ có mạ và sơn phủ 

SVTH: Hồ Chí Trung

16                      GVHD: TS.Trương Thanh Tâm


Đồ án môn học              Thiết kế phân xưởng sản xuất vinyl axetat từ C2H4 và 
CH3COOH
cẩn thận bằng các chất chống ăn mòn, hoặc chứa trong các bể  thủy tinh với  
những nơi tồn chứa với dung tích nhỏ.
1.2.Giới thiệu về sản phẩm vinyl axetat [ 5, 9 ]

Vinyl axetat có công thức cấu tạo CH2 = CH   O  COCH3, khối lượng phân 
tử M=86,091, gọi tắt là VA, là một trong những monomer quan trọng trong  công 
nghiệp  chất dẻo và sợi tổng hợp vinylen. VA còn được dùng để sản  xuất  sơn,  
keo dáng có độ bền cao, bền với hóa chất và các chất oxy hóa khác.
VA được biết vào năm 1912 trong quá trình điều chế etyliđen điaxetat từ 
axetylen và axit axetic. Công nghiệp sản xuất VA xuất hiện đầu tiên vào năm 
1925 và từ đó đến nay công nghệ sản xuất VA ngày càng hoàn thiện, phát triển 
mạnh mẽ. Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ sản xuất VA đã làm cho sản 
lượng VA trên thế giới không ngừng tăng lên vào những năm 1950. Năm 1968 ở 
Mỹ  đã sản xuất được 708 triệu pound và cũng năm này một số lượng lớn VA  
được sản xuất ra ở Nhật Bản và Châu Âu.
1.2.1. Tính chất vật lý [ 5, 9, 10 ]
VA là chất lỏng cháy được, khi cháy có mùi đặc trưng nhẹ, không màu, 
rất linh động và dễ dàng bắt cháy. Hơi của VA có thể gây tổn thương đến mắt 
bởi sự thủy phân của nó tạo thành axit axetic và axetalđehit. Nó không tồn tại ở 
điều kiện thường. Một số tính chất vật lý của VA được thể hiện ở bảng 1.4.
                                    Bảng1.4. Một số tính chất vật lý quan trọng của VA
Nhiệt độ sôi ở 760mmHg
72,7oC
Áp suất hơi ở 20oC

92mmHg

Tỷ trọng hơi

2,97

Tỷ trọng chất lỏng  d420

0,9312g/ml

Tỷ trọng

20/20oC

0,9342

10/20oC

0,9455

Nhiệt độ nóng chảy

­92,8oC

Nhiệt độ đông đặc

­100,2 oC

Nhiệt dung riêng
Điểm cháy

SVTH: Hồ Chí Trung

20 oC

0,46cal/g

60 oC

0,48cal/g

Cốc kín

18oF

Cốc hở

30oF

17                      GVHD: TS.Trương Thanh Tâm


Đồ án môn học              Thiết kế phân xưởng sản xuất vinyl axetat từ C2H4 và 
CH3COOH
Nhiệt dung của VA hơi ở

20 oC

22,5cal/sec.cm.oC

100 oC

27,3cal/sec.cm.oC

Nhiệt độ tới hạn

140,8 oC

Áp suất tới hạn

45,67atm

Nhiệt độ tự bốc cháy

427 oC

Nhiệt nóng chảy

495Kcal/mol

Nhiệt hóa hơi

7,8Kcal/mol

Thể tích tới hạn

0,265lít/mol

Tỷ trọng tới hạn

0,324g/ml

Áp suất hơi của VA phụ  thuộc vào nhiệt độ  được xác định theo công 
thức:
log Pm = 
VA có thể hòa tan trong nhiều hợp chất hữu cơ nhưng với nước nó hòa  
tan rất hạn chế nước (ở 20oC tan được 2,5g VA trong 100g nước, còn ở 50oC thì 
có thể hoà tan 2,1g VA trong 100g nước). Hoà tan tốt trong rượu etylic và dietyl 
ete.  Ở  nhiệt độ  thường vinyl axetat kém  ổn định và dễ  bị  trùng hợp tạo thành 

polivinyl axetat đây là một sản phẩm có giá trị  trong nhiều lĩnh vực.  VA còn có 
khả  năng tạo hỗn hợp đẳng phí một số  chất như: nước, metanol, 2­propanol, 
xyclohexan, heptan, hỗn hợp đẳng phí của VA với một số chất xem ở bảng 1.5.
Bảng 1.5. Hỗn hợp đẳng phí của VA với một số chất
Cấu tử đẳng phí
Nước
Metanol
2 propanol
Xyclohexan
Heptan

Điểm đẳng phí,0C
66,0
58,9
70,8
67,4
72,0

Thành phần VA,%(k.lượng)
92,7
63,4
77,6
61,3
83,5

1.2.2. Tính chất hóa học [ 5, 9, 10 ]
Trong công thức cấu tạo của VA có liên kết đôi trong phân tử  nên VA có đầy  
đủ tính chất qua trọng của hợp chất hyđrocacbon không no như:
Phản ứng cộng.
Phản ứng oxi hóa.

SVTH: Hồ Chí Trung

18                      GVHD: TS.Trương Thanh Tâm


Đồ án môn học              Thiết kế phân xưởng sản xuất vinyl axetat từ C2H4 và 
CH3COOH
Phản ứng trùng hợp, đồng trùng hợp.
1.2.2.1. Phản ứng cộng
 Cộng halogen (Cl2,Br2): tạo thành dihalogen etyl axetat.
Diclorua etyl axetat

   Dibromua etyl axetat
 Cộng với HX (HCl,HBr): tạo thành 1 hay 2  halogen etyl axetat.
                                                                        
           CH2 = CHOCOCH3 + HCl
                                                                        
 Cộng rượu ROH
­ VA tác dụng với rượu trong môi trường kềm.
CH2 = CHOCOCH3 + ROH   CH3CHO + CH3COOR (Hiệu suất 90%)
­ VA tác dụng với rượu trong môi trường axit.

­ VA tác dụng với rượu trong môi trường axit mạnh và xúc tác là muối thủy ngân.

 Cộng hợp chất xianua
 Cộng với metanal

 Cộng với clorua nitranyl
 Cộng với anđehit nitơ

SVTH: Hồ Chí Trung

19                      GVHD: TS.Trương Thanh Tâm


Đồ án môn học              Thiết kế phân xưởng sản xuất vinyl axetat từ C2H4 và 
CH3COOH

 Cộng với axit axetic

 Cộng với cacbon tetraclorua (CCl4)
 Cộng với CCl3Br

 Cộng với mercaptan
 Cộng với NH3
       Hiệu suất 55%                                                                        Hi ệu su ất 59%
 Cộng với đibutyl amin

 Cộng với etanal

Phản ứng cộng với axetylclorua để tạo thành axetyl axeton với xúc tác AlCl3.
 Phản ứng cộng tạo vòng
Khi dùng diode metan kết hợp với đồng và kẽm, nhóm metylen (CH 2 ) được 
cộng vào nhóm vinyl axetat tạo ra cyclopropyl axetat.
1.2.2.2. Phản ứng oxy hóa
VA bị oxy hóa bởi hyđropeoxit  H2O2 dưới tác dụng của xúc tác Osmi tetraoxit tạo 
thành glycol anđehit.

SVTH: Hồ Chí Trung

20                      GVHD: TS.Trương Thanh Tâm


Đồ án môn học              Thiết kế phân xưởng sản xuất vinyl axetat từ C2H4 và 
CH3COOH
VA dưới tác dụng của chất oxy hóa mạnh KMnO4  có mặt kiềm KOH tạo thành 
axetat etylenglycol.
1.2.2.3. Phản ứng trùng hợp
Phản  ứng quan trọng nhất của VA là phản  ứng trùng hợp theo cơ  chế  gốc tự 
do. Quá trình trùng hợp có thể  được khơi mào bằng các hợp chất hyđroxyl của các 
chất thơm, các hợp chất nitro, amin, oxy, muối đồng, các polyolefin có nối đôi liên 
hợp, sunfua...VA nguyên chất ở nhiệt độ thường trùng hợp rất chậm,nhưng nếu có tác  
dụng của ánh sáng hay các peoxit thì phản ứng trùng hợp xảy ra nhanh. VA trùng hợp  
cho polyvinyl axetat (PVA).PVA là một chất dẻo rất có giá trị.
PVA dùng để  sản xuất sơn có độ  bám dính cao, để  chế  biến bề  mặt da và  
vải...Từ  PVA có thể  điều chế  ra rượu polyvinilic bằng cách cho PVA tác dụng với 
kiềm hoặc axit trong môi trường rượu ROH.
Rượu polyvinilic là bán sản phẩm dùng để sản xuất sợi vinylon, keo dán...
1.2.2.4. Phản ứng đồng trùng hợp
Với nối đôi trong phân tử VA có thể tham gia vào một số phản ứng đồng trùng  
hợp với các monome khác tạo ra copolyme có nhiều  ứng dụng trong thực tế như:axit  
acrylic,   acrynonitril,   vinyl   clorua,   styren,anhyđrit   maleic,   isopropenyl   axetat,   etyl 
vinyl...Ví  dụ   như  khi   đồng  trùng  hợp  VA  với  vinyl clorua   thuđược  loại  chất  dẻo  
vinilic, loại chất dẻo này dùng làm màng mỏng, sơn, vật liệu tẩm ngấm...

 Tỷ lệ phản ứng của VA với một số monomer xem bảng 1.6.
Bảng 1.6. Tỷ lệ phản ứng của VA với một số monomer
Comonomer
Axit acrylic

Acrynonitril
Clopren
Diallyl phtalat
Dietyl fumarat
Etylen
Etyl vinyl ete
Isobutyl metacrylat
Isopropenyl axetat

SVTH: Hồ Chí Trung

rVA
0,1
0,07
0,01
0,72
0,01
1
3
0,025
1

rM
2
6
50
2,0
0,44
1
0

30
1

Nhiệt độ, oC
70
70
65
60
90÷150
60
60
75

21                      GVHD: TS.Trương Thanh Tâm


Đồ án môn học              Thiết kế phân xưởng sản xuất vinyl axetat từ C2H4 và 
CH3COOH
Anhydrit maleic
Styren
Vinyl clorua
n-vinyl pyrrolidon

0,07
0,01
0,6
0,2

0,01
55

1,4
3,3

60
40
50

1.2.2.5. Phản ứng thủy phân VA, PVA
 Phản ứng thủy phân VA không tạo ra rượu như các phản ứng thủy phân este khác vì  
sản phẩm tạo ra không bền chuyển ngay thành axetalđehit, xúc tác là axit.
 Khi thủy phân PVA trong môi  trường axit thu được rượu polyvinilic.
CH2 = CHOCOCH3  +   H2O
    CH3COOH  +  CH3CHO
1.2.2.6. Từ VA tạo ra các vinyl este khác
VA còn có thể sử  dụng để điều chế  các vinyl este khác bởi phản  ứng trao đổi 
nhóm vinyl với gốc axit khác. Xúc tác là muối của Hg và môi trường axit.
1.2.3. Phân loại, tiêu chuẩn và bảo quản VA [ 9 ]
1.2.3.1. Phân loại
VA được phân làm ba loại tùy theo lượng chất  ức chế  đưa vào. Chất  ức chế 
thường dùng là hyđroquinon hoặc diphenyl amin.
 Loại 1: Nếu VA được đem sử dụng ngay mà không tồn chứa thì lượng hyđroquinon  
đưa vào từ 3   7ppm.
 Loại 2: Nếu VA được sử  dụng sau 4 tháng thì lượng chất ức chế đưa vào ứng với 
loại VA chứa 12   17ppm hyđroquinon.
  Loại   3:   Ứng   với   chất   ức   chế   sử   dụng   là   diphenyl   amin   thì   hàm   lượng   200
300ppm. Loại này có thể  tồn chứa trong thời gian dài mà VA không bị  biến chất.  
Trước khi  sử dụng loại VA này để  trùng hợp cần phải loại bỏ chất ức chế diphenyl 
anim, với loại 1 và 2 thì điều này không cần thiết.
1.2.3.2. Tiêu chuẩn
                        VA thương phẩm có những tiêu chuẩn sau:

Vinyl axetat,%
: 99,8 ,min.
Nhiệt độ sôi,0C

: 72,3   73,0.

 Hàm lượng axit axetic,%

: 0,007 ,max.

 Hàm lượng axetalđehit,%

: 0,013 ,max.

 Hàm lượng nước,%

: 0,04 ,max.

SVTH: Hồ Chí Trung

22                      GVHD: TS.Trương Thanh Tâm


Đồ án môn học              Thiết kế phân xưởng sản xuất vinyl axetat từ C2H4 và 
CH3COOH
 Màu sản phẩm, hệ APHA

: 0   5.

 Hàm lượng chất lơ lửng

1.2.3.3. Bảo quản

: không.

VA thường tồn chứa và bảo quản trong các bể  chứa làm bằng thép cacbon,  
nhôm, thép tráng men, thép không gỉ. Người ta không dùng vật liệu đồng làm bể chứa 
vì đồng dễ làm nhiễm màu VA và làm biến chất chất ức chế. Trong quá trình tồn chứa 
và bảo quản cần chú ý giới hạn cháy nổ của VA với không khí. Giới hạn cháy nổ của 
hơi VA với không khí là 2,6  13,4% thể tích. Tại nhiệt độ thường VA có thể dễ dàng  
tạo hỗn hợp nổ  với không khí trong khoảng không gian bể  chứa. Để  ngăn chặn khả 
năng này người ta cho thêm nitơ vào bể chứa. Khi bảo quản tất cả các đường ống và 
bể chứa được nối đất và có thiết bị phòng chống cháy nổ.
Các nghiên cứu để  chỉ  ra rằng sự   ức chế  khả  năng biến chất của VA tạo các  
phản  ứng phụ  trong khi bảo quản của chất  ức chế  hoạt động tốt nhất tại nhiệt độ 
thường. Với các bể  chứa VA nổi trên mặt đất cần phải làm lạnh bằng nước hoặc  
được sơn trắng bên ngoài để giảm nhiệt độ bề mặt bể trong mùa hè tránh hiện tượng  
cháy nổ và sự biến chất của VA.
1.3. Tình hình sản xuất và sử dụng VA [ 9, 10 ,11, 12 ]
1.3.1. Tình hình sản xuất VA
VA được phát hiện vào năm 1912 bởi nhà bác học Klatte (Đức), với việc tổng hợp 
được VA từ axetylen và axit axetic trong pha lỏng. Đến năm 1925 quá trình sản xuất 
VA và PVA được phát triển mạnh mẽ, sản lượng VA trên thế giới tăng nhanh vào 
năm1965 trên thế giới có 106 tấn/năm VA được sản xuất ra, còn vào năm 1984 đạt 
2,7.106 tấn/năm. Vào năm 1990 có 800.000 tấn VA được sản xuất ở Mỹ, ở Nhật có 
550.000 tấn và Tây Âu  có 660.000 tấn. Phương pháp sản xuất VA từ axetylen dần 
được thay thế vì axetylen rất đắt tiền. Ngày nay trong công nghiệp axetylen được thay 
thế bằng etylen. Khoảng 80% VA trên thế giới được sản xuất từ etylen, còn lại 20% 
VA được sản xuất từ axetylen trong pha khí.  Do tính kinh tế của nguồn nguyên liệu 
mà ngày nay trong công nghiệp sản xuất VA đi từ metyl axetat hay dimetyl ete với CO 
và H2 đang được nghiên cứu và hoàn thiện.

1.3.2. Tình hình sử dụng VA
VA là một monomer cho quá trình trùng hợp, đồng trùng hợp. VA được sử dụng cho 
các quá trình sau:

SVTH: Hồ Chí Trung

23                      GVHD: TS.Trương Thanh Tâm


Đồ án môn học              Thiết kế phân xưởng sản xuất vinyl axetat từ C2H4 và 
CH3COOH
­

Trong quá trình trùng hợp tạo polyvinyl axetat, lượng VA tiêu tốn cho quá trình 
này chiếm từ 55 ÷ 60% tổng lượng VA sản xuất ra.

­

Sản xuất polyvinylalcol, lượng này chiếm 13 ÷15%.

­

Quá trình đồng trùng hợp giữa VA và etylen chiếm 8%.

­

Trùng hợp tạo polyvinyl butyrat, lượng này chiếm 15%.

­

Dùng trong phụ gia dầu nhờn, trong đồng trùng hợp, với acrylonitryl tạo sợi 
acylic.

­

Dùng trong các quá trình khác.

VA có thể hòa tan trong rượu etylic và dietyl ete. Ở nhiệt độ thường VA kém ổn 
định và dễ bị trùng hợp cho sản phẩm polyvinyl axetat. Đây là một sản phẩm có 
giá trị kinh tế cao trong nhiều lĩnh vực. Polyvinyl axetat có tính bám dính cao, được 
ứng dụng trong sản xuất keo dán và vecni, các dẫn xuất của nó như: polyninyl 
alcol, polyvinyl butyrat. Khi thủy phân polyvinyl axetat sẽ thu được một polymer 
rất thông dụng đó là polyvinyl alcol, polymer này được sử dụng làm chất nhũ hóa 
và làm chất tăng độ nhớt cho dung dịch nước.Thủy phân một phần polyvinyl axetat 
sẽ thu được một polymer dễ tạo màng, chất này có thể dùng làm vải giả da. Ngoài 
ra các copolyme của vinyl  axetat, vinyl clorua và các monomer khác cũng được ứng 
dụng rộng rãi trong kỹ thuật.
                          Bảng  1.7. Tình hình sử dụng VA ở một số nước:
Sử dụng %

Tây Âu

Mỹ

Nhật Bản

Etylen­Vinyl axetat

4

7

11

Polyvinyl Axetat

60

58

16

Polyvinyl Alcol

17

21

71

Polyvinyl Butarat

3

7

­

Copolymevinyl clorua

11

4

1

Các loại khác

5

3

1

SVTH: Hồ Chí Trung

24                      GVHD: TS.Trương Thanh Tâm


Đồ án môn học              Thiết kế phân xưởng sản xuất vinyl axetat từ C2H4 và 
CH3COOH
1.4. Phương pháp tổng hợp vinyl axetat từ etylen và axit axetic
1.4.1. Cơ sở lý thuyết
Phương pháp tổng hợp VA từ  etylen và axit axetic dựa vào phản  ứng oxy hóa 
kết hợp etylen với axit axetic sử dụng xúc tác muối Paladi.

Phản ứng này tiến hành trong pha lỏng hay pha khí.  Nhưng dù tiến hành trong 
pha nào thì vẫn thêm một lượng muối Cu2+ (với nồng độ  [Cu2+] >>[Pd2+]) vào xúc tác 
để thúc đẩy sự oxy hoá Pd0 thành Pd2+, khi thêm muối Cu2+ vào thì nó sẽ oxy hoá Pd và 
trở về Cu+. Cu+ rất dễ bị oxy hoá bởi O2 thành Cu2+.

Pd0   +  2Cu2 +
   Pd 2+   +  2Cu+
2Cu+   +   0,5O2   +   2H+     2Cu2+    +  H2O
Cả  hai phản  ứng đều xảy ra mãnh liệt trong môi trường axit, trong đó PdCl 2 
nằm ở dạng H2PdCl4.
Cơ  chế  phản  ứng bao gồm các giai đoạn tạo phức trung gian từ  PdCl 2, C2H4, 
H2O và sự chuyển hoá nội phân tử của các phức này: 

        [PdCl4]2­       +    C2H4                                     [PdCl3(C2H4)]­
  
+OAc­            +Cl   ­                                                                                   +OAc     +Cl­
                                              +C2H4       
­
­
[PdCl3(Oac)]2 
                            Cis[PdCl2(Oac)(C2H4)]   +Cl
+Cl  ­    
1.4.1.1. Công nghệ tổng hợp VA từ C2H4 và CH3COOH trong pha lỏng (hãng ICI)
            Công nghệ tổng hợp VA từ etylen và axit axetic trong pha lỏng được phát minh 
bởi hãng Hoechst(Đức); ICI(Anh); Nippon Gosei(Nhật Bản) và được ICI áp dụng vào 
sản xuất thương mại với qui mô lớn tại Anh, Mỹ trong một vài năm gần đây với sản 
lượng là 100 pound/năm.
a. Các phản ứng chính xảy ra trong quá trình
          CH2 = CH2  + CH3COOH                        CH2 = CHOCOCH3 + Pd + 2HCl
       CH2 = CH2+  H2O  +  PdCl2
                 CH3CHO  +  Pd  +  2HCl
      Pd   +  2CuCl2
                                         PdCl2    +   2CuCl

SVTH: Hồ Chí Trung

25                      GVHD: TS.Trương Thanh Tâm