Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
Công nghệ của quá trình sản xuất chlorobenzene

Công nghệ của quá trình sản xuất chlorobenzene

Tải bản đầy đủ - 0trang

Nhóm halogen có tác động giảm hoạt (hiệu ứng cảm âm) tuy nhiên chúng

lại định hướng cho các nguyên tử Clo tiếp theo gắn vào vị trí ortho và para.

Nguyên nhân là do Clo có cặp điện tử tự do, có thể xen phủ với điện tử của vòng

benzene theo hiệu ứng cộng hưởng nên có khả năng bền vững hóa điện tích dương

của ion arenium. Nói cách khác, Clo làm giảm hoạt nhưng tác động giảm hoạt thể

hiện ít nhất ở vị trí ortho và para.



Trong hệ thống các phản ứng này, do ảnh hưởng làm giảm hoạt tính của

Clo, mỗi giai đoạn tiếp theo xảy ra chậm hơn giai đoạn trước, và sự khác biệt về

vận tốc của chúng lớn hơn khi clo hóa parafin.

Ví dụ, clo hóa benzene nhanh gấp 8 lần so với clo hóa chlorobenzen.

Sự clo hóa nhân thơm rất nhạy với ảnh hưởng của nhóm thế.

Ví dụ, toluene được clo hóa nhanh hơn nhiều so với benzene, còn phenol

tham gia thậm chí khi khơng có xúc tác.

7



Độ chọn lọc của q trình được điều chỉnh cũng như những phản ứng thế

clo khác, chỉ thay đổi tỉ lệ Clo và hợp chất thơm.

2.2. Đặc điểm của q trình sản xuất chlorobenzene

Trong cơng nghiệp, Chlorobenzene chủ yếu được điều chế bằng cách clo

hóa trực tiếp benzene bằng clo hoặc oxy-clo hóa.

Theo q trình Raschig, benzene được oxy-clo hóa bằng hỗn hợp HCl + O2

trong pha khí ở áp suất thường, nhiệt độ từ 220 – 2600C, xúc tác Copper oxide

(CuO). Điểm bất lợi của phương pháp này là nhiệt độ phản ứng cao, làm tăng tỉ lệ

đốt cháy benzene và khó khống chế được phản ứng, dẫn đến sự hình thành các sản

phẩm clo hóa sâu. Thực nghiệm cho thấy cứ 2% benzene bị đốt cháy sẽ làm tang

thêm khoảng 25% lượng nhiệt thải ra của q trình. Hơn nữa, q trình clo hóa

pha khí này đòi hỏi đầu tư cơ bản lớn, tốn điện năng nên khơng mang lại hiệu quả

cao về kinh tế. Chính vì vậy quy trình này đã trở nên lạc hậu và khơng còn phổ

biến.

Ngày nay, quy trình được sử dụng rộng rãi nhất trong sản xuất

chlorobenzene là clo hóa trực tiếp benzene trong pha lỏng với sự hiện diện của

FeCl3 làm chất xúc tác để sản xuất Monochlorobenzene và Dichlorobenzene và

HCl (sản phẩm phụ).

Hai đồng phân chính của Dichlorobenzene là ortho và para. Khi sự clo hóa

sâu diễn ra sẽ hình thành nên các sản phẩm tri-, penta- và hexachlorobenzene. Tuy

nhiên, Trichlorobenzene là sản phẩm clo hóa sâu duy nhất được phát hiện với một

lượng đáng kể.

Các phương pháp công nghệ sản xuất hiện đại thường được liên tục hóa và

thiết bị được thiết kế để sao cho vừa có thể sử dụng để sản xuất được

Monochlorobenzene vừa để sản xuất được cả các sản phẩm Dichlorobenzene theo

nhu cầu cần thiết. Bởi thực tế khơng có cơng nghệ clo hóa mà chỉ sản xuất ra duy

nhất một loại sản phẩm thế nhưng có thể điều chỉnh được thành phần của hỗn hợp

sản phẩm tạo thành bằng cách khống chế nhiệt độ phản ứng, khống chế độ clo hóa

và chất lượng xúc tác.

Với mục đích điều chế sản phẩm Monochlorobenzene là chủ yếu thì thực

hiện phản ứng ở nhiệt độ thấp (20 - 400C). Ở khoảng nhiệt độ này, tỉ lệ hình thành

sản phẩm Dichlorobenzene là rất thấp và thực tế điều này được dùng để khống chế

sự hình thành Dichlorobenzene.

8



Để giải quyết vấn đề khống chế nhiệt độ người thường cho hồn ngun

hỗn hợp phản ứng thơng qua việc làm lạnh bằng thiết bị trao đổi nhiệt bên ngoài.

Trong sản xuất Dichlorobenzene bằng chất lượng xúc tác sử dụng có thể

điều chỉnh được tỷ lệ tạo thành giữa ortho : para. Ví dụ xúc tác AlCl3 hoặc FeCl3

tỷ lệ ortho : para là 1,4:1, còn nếu sử dụng hệ FeCl3 – CS2 thì tỉ lệ ortho : para là

3:1.

Các phản ứng Clo hóa benzene trong cơng nghiệp ngày nay hầu hết được

thực hiện ở pha lỏng khi cho clo sủi bọt qua chất phản ứng ban đầu, trong đó sản

phẩm tạo thành được tích lũy dần dần. Q trình này kết hợp một số đặc điểm của

việc clo hóa chuỗi gốc trong pha lỏng và clo hóa ion-xúc tác olefin. Nó giống clo

hóa chuỗi gốc ở đặc trưng nối tiếp của các phản ứng. Sự bố trí hệ thống phản ứng

và trình tự các giai đoạn xử lí khí thốt ra còn giống clo hóa ion xúc tác olefin.

2.3. Thiết bị phản ứng clo hóa nhân thơm

Thiết bị phản ứng clo hóa nhân thơm trong pha lỏng có thể thực hiện liên

tục hoặc gián đoạn. Trong bất kỳ trường hợp nào, thiết bị clo hóa cũng phải có đầy

đủ

các bộ phận sau:

• Sục khí Clo

• Làm lạnh, tách nhiệt phản ứng

• Tách khí

• Bộ phận thơng tin, thiết bị kiểm tra đo lường.



9



Hình 2.1. Thiết bị clo hóa nhân thơm với sự làm lạnh bên ngoài

Bộ phận sục clo của thiết bị là ống vòng, có khoan lỗ; bộ phận làm lạnh

được đặt bên ngoài. Hơi sản phẩm ra được ngưng tụ và tách khí HCl. Sự hồn lưu

phần phản ứng được thực hiện nhờ bơm hoặc sự hoàn lưu tự nhiên.

2.4. Các cơng đoạn của q trình

2.4.1. Chuẩn bị tác nhân phản ứng

Benzene sử dụng trong công nghệ phải không được chứa paraffin và các

đồng đẳng của benzene, và được làm khan nước trước khi đưa vào sử dụng, trong

thực tế được cất đẳng phí hoặc xử lí với NaOH, Na2CO3, silicagel.

Khí clo cũng được làm khơ, thường thì bằng acid sunfuric đậm đặc. Xúc tác

sử dụng hoặc là FeCl3 được cho vào cùng với benzene (cứ 0.1 phần FeCl3 trên

100 phần benzene) hoặc vỏ bào sắt cho thẳng vào trong thiết bị phản ứng (khoảng

1%) từ đó sẽ tạo ra FeCl3.

2.4.2. Xử lí khí thốt ra

Việc xử lí khí thốt ra bao gồm thu hồi các chất hữu cơ chứa clo dễ bay hơi

(bằng phương pháp làm lạnh) và dùng HCl để điều chế HCl đặc. Người ta có thể

thu được một lượng đáng kể dung dịch HCl sau khi tách khỏi benzene bằng cách

tưới một loại dung môi lạnh.

Sơ đồ của hệ thống này tương tự như hình 2.2.



10



Hình 2.2 Sơ đồ làm sạch sản phẩm của clo hóa khỏi HCl

a) Thổi HCl bằng khơng khí/ N2

b) Rửa bằng nước hoặc dung dịch kiềm

c) Đuổi HCl với lượng dư chất phản ứng ban đầu

2.4.3. Xử lí phần phản ứng và tách sản phẩm

Việc xử lí các sản phẩm được thực hiện qua q trình trung hòa HCl và xúc

tác bằng nước, cũng như dung dịch kiềm. Sau đó các sản phẩm được tách loại nhờ

vào q trình chưng cất và kết tinh.

2.5. Sơ đồ công nghệ của q trình

Sơ đồ cơng nghệ sản xuất chlorobenzene và dichlrobenzene trong cơng

nghiệp được trình bày như hình 2.3.



11



Hình 2.3. Sơ đồ cơng nghệ clo hóa benzene

1. Thùng chứa benzene; 2. Thiết bị làm khan; 3. Thiết bị clo hóa;

4. Thiết bị hấp phụ; 5. Tháp rửa bằng nước; 6. Thiết bị trung hòa;

7. Thùng tách pha; 8. TB chưng cất benzene; 9. Thiết bị cất chlorobenzene

Benzene nguyên liệu và benzene hoàn nguyên tái sử dụng từ (1) được đưa

đến thiết bị làm khan (2). Sau khi làm khan, benzene khô được cho vào phía trên

thiết bị phản ứng clo hóa (3). Luồng khí Clo được dẫn vào từ phần phía dưới tháp

phản ứng. Tốc độ dẫn khí Clo được điều chỉnh để sao cho trong khí thốt khỏi

thiết bị clo hóa khơng còn khí Clo chưa phản ứng. Độ clo hóa được kiểm tra bằng

việc đo tỷ trọng của hỗn hợp phản ứng.

Tách nhiệt phản ứng bằng cách cho môi trường phản ứng tuần hoàn qua

thiết bị trao đổi nhiệt đặt bên ngồi.

Khí thốt ra bao gồm HCl, Clo chưa phản ứng, benzene, các khí VOC…

được chuyển đến thiết bị hấp thụ hữu cơ (4) nơi mà benzene và các khí VOC khác

bị tách ra. Phần khí phía trên của thiết bị hấp thụ hữu cơ được chuyển đến tháp hấp

thụ bằng nước (5) để thu hồi HCl. Dung dịch HCl thu được có thể được sử dụng

như HCl thương mại.



12



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Công nghệ của quá trình sản xuất chlorobenzene

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×