Batch oleum sulfonation of detergent alkylate là gì năm 2024

DownloadVui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung Text: Tiểu luận Hóa học: Tổng hợp alkylbenzen và sản xuất alkylbenzen sunfonat

1. Tiểu luận: Tổng hợp alkylbenzen và sản xuất alkylbenzen sunfonat. MỤC LỤC Mở đầu Chương 1: Tổng hợp alkylbenzen(LAB)…………………... 3 …………… 1.1. Giới thiệu chung về 3 LAB…………………………………………… 1.2. Công nghệ sản xuất LAB…………………………………….. 6 ……. 1.2.1. Cơ sở lý thuyết quá trình alkyl hóa hydrocacbon 6 thơm……….. 1.2.2. Lịch sử phát triển công nghệ sản xuất LAB……………….. 7 ….. 1.2.3. Quá trình UOP HF Detergent Alkylate………………….…….. 8 1.2.4. Quá trình Detal scheme…………………………………….….. 11 Chương 2: Sản xuất alkylbenzensunfonat(LAS) 15 ………………………… 2.1. Giới thiệu về 15 LAS…………………………………………………... 2.1.1. Chất hoạt động bề mặt …………………………………….. 15 …. 2.1.2. Sự ra đời của 15 LAS……………………………………………... 2.1.3. Quá trình phát triển của 16 LAS………………………………….. 2.1.4. Tính chất của LAS………………………………………….…. 17 2.1.5. Sự tiêu thụ của 18 LAS…………………………………………… 2.2. Công nghệ sản xuất 19 LAS……………………………………………. 2.2.1. Tác nhân phản 19 Trang 1
2. Tiểu luận: Tổng hợp alkylbenzen và sản xuất alkylbenzen sunfonat. ứng…………………………………………….. 2.2.2. Các phản ứng xảy 20 ra………………………………………….... 2.2.3. Các công nghệ sản xuất 23 LAS………………………………….. 2.2.4. So sánh và lựa chọn công nghệ……………………………….. 35 Kết luận……………………………………………………………. 37 ……. Tài liệu tham 38 khảo……………………………………………………….. MỞ ĐÂU ̀ Công nghiêp loc hoa dâu là môt trong nganh công nghiêp ngay cang phat ̣ ̣ ́ ̀ ̣ ̀ ̣ ̀ ̀ ́ triên và được chú trong trên toan thế giới cung như ở Viêt Nam. Trong công ̉ ̣ ̀ ̃ ̣ nghiêp loc hoa dâu, đăc biêt là công nghiêp san xuât hợp chât trung gian, san ̣ ́ ̀ ̣ ̣ ̣ ̉ ́ ́ ̉ xuât LAB là quá trinh con khá mới mẻ trong khi thị trường cua san phâm nay là ́ ̀ ̀ ̉ ̉ ̉ ̀ vô cung lớn. LAB là hợp chât thu được từ parafin và benzen dung lam nguyên ̀ ́ ̀ ̀ liêu san xuât LAS – chât hoat đông bề măt có ứng dung rât lớn để san xuât bôt ̣ ̉ ́ ́ ̣ ̣ ̣ ̣ ́ ̉ ́ ̣ giăt và cac chât tây rửa. Alkylbezen mach thăng là nguyên liêu san xuât LAS, ̣ ́ ́ ̉ ̣ ̉ ̣ ̉ ́ được chuyên hoa từ dâu thô: benzen và cac parafin mach thăng. Tông san ̉ ́ ̀ ́ ̣ ̉ ̉ ̉ lượng LAB được tao ra trên thế giới khoang 2,5 triêu tân trong năm 2002. Hiên ̣ ̉ ̣ ́ ̣ nay LAS chiêm 1/3 phân trong chât tây rửa. Gân như toan bộ LAB được ́ ̀ ́ ̉ ̀ ̀ chuyên hoa thanh LAS. LAB được san xuât trên quy mô công nghiêp rông lớn ̉ ́ ̀ ̉ ́ ̣ ̣ bởi thị trường phong phú cung với viêc cac nganh công nghiêp xuc tac và công ̀ ̣ ́ ̀ ̣ ́ ́ nghệ san xuât mới phat triên. Trên thế giới, cac công nghệ san xuât LAB ngay ̉ ́ ́ ̉ ́ ̉ ́ ̀ cang được chú trong nghiên cứu và đôi mới, tuy nhiên ở Viêt Nam vân chưa ̀ ̣ ̉ ̣ ̃ san xuât được LAB. Viêc nghiên cứu và ứng dung cac công nghệ tiên tiên đang ̉ ́ ̣ ̣ ́ ́ là môt muc tiêu được chú trong trong những năm gân đây. Vì lý do đo, chúng ̣ ̣ ̣ ̀ ́ em chọn đề tài tiểu luận “Tổng hợp alkyl benzen và sản xu ất alkyl benzen sunfonat”. Trang 2
3. Tiểu luận: Tổng hợp alkylbenzen và sản xuất alkylbenzen sunfonat. CHƯƠNG 1: TỔNG HỢP LAB. 1.1.Giới thiệu chung về LAB. Linear Alkylbenzen(LAB) là họ của các hợp chất hữu cơ với công thức: CH3(CH2)mCH(CH2)nCH3 trong đó: m+n = 7 – 10; Tính chất vật lý: là chất lỏng không màu, nhờn; tỉ trọng 0,8628 g/cm 3 và điểm sôi của 282-302°C, khối lượng phân tử trung bình 240. Bảng 1: Một số tính chất vật lý của LAB. Bề ngoài ở 60oC Sáng Màu sắc (ASTM D1500) 0.5 Tỉ trọng 15oC (ASTM D1298) 0.854 Độ nhớt tại 40oC(ASTM D445),mm2/S 18 Độ nhớt tại 100oC(ASTM D445),mm2/s 4 Điểm chớp cháy( ASTM D93), oC 184 Hàm lượng nước(ASTM D1744), % thể tích 0.005 Chỉ số iodine, mg/100g 1 Ứng dụng: Các loại Linear Alkylbenzen (LAB) là những h ợp chất có t ầm quan trọng đáng kể trong thương mại. Vì Linear Alkylbenzen dễ dàng phân h ủy sinh h ọc hơn alkylbenzen có nhánh nên Linear Alkylbenzen đã dần thay thế alkylbenzen có nhánh trong sản xuất chất tẩy rửa và các sản phẩm khác. Đặc bi ệt, lo ại Linear Alkylbenzen với các chuỗi alkyl dài, chẳng hạn như chuỗi có khoảng Trang 3
4. Tiểu luận: Tổng hợp alkylbenzen và sản xuất alkylbenzen sunfonat. 10 đến 14 nguyên tử cacbon, thường được sử dụng. Tuy nhiên, loại Linear Alkylbenzen với các chuỗi dài hơn và với chuỗi ngắn cũng rất quan tr ọng v ề mặt thương mại. Các loại Linear Alkylbenzen thường được sản xuất bằng alkyl hóa benzen với olefin, đồng phân vị trí, chẳng hạn như 2-phenyl, 3- phenyl, 4-phenyl, 5-phenyl. Kết quả là từ quá trình alkyl hóa này c ủa benzen với olefin mạch dài, sự phân bố của phenyl dọc theo chuỗi alkyl sản xu ất các sản phẩm khác nhau. Tăng trưởng trong chất tẩy rửa gia dụng dẫn đến nhu cầu linear alkylbenzen được sản xuất từ paraffin có nguồn gốc từ dầu hỏa. Sulfonate linear alkylbenzen (LAS) cho bột giặt, chất lỏng rửa chén nhẹ , ch ất tẩy rửa công nghiệp, cho chất tẩy rửa gia dụng. Một số LAB cũng có ứng dụng nhỏ như dung môi và ch ất kết dính trong các ứng dụng đặc biệt, ví dụ như : dầu cáp, ngành công nghiệp mực in , s ơn , cách nhiệt và điện. Nhu cầu về chất tẩy rửa của từng khu vực khác nhau là khác nhau. Đi ều đó được trình bày trong bảng 2. Bảng 2: Nhu cầu chất tẩy rửa từng khu vực[3] Giả định khả năng tiêu thụ của LAB, tính theo Kg/năm, được dùng để d ự đoán tiềm năng của LAB trên thế giới. Hình 1 minh h ọa cho nhu c ầu c ủa th ế giới trong năm 1991. Và ngày nay, nhu cầu đó tăng theo sự phát triển kinh tế trên thế giới. Trang 4
5. Tiểu luận: Tổng hợp alkylbenzen và sản xuất alkylbenzen sunfonat. Hình 1: Nhu cầu sử dụng LAB trên thế giới trong năm 1991.[3] Trang 5
6. Tiểu luận: Tổng hợp alkylbenzen và sản xuất alkylbenzen sunfonat. 1.2.Công nghệ sản xuất LAB. 1.2.1.Cơ sở lý thuyết quá trình alkyl hóa hydrocacbon thơm. Alkyl hóa là quá trình đưa các nhóm alkyl và phân tử các h ợp chất h ữu cơ. Các phản ứng alkyl hóa có giá trị cao trong việc đưa các nhóm alkyl vào hợp chất thơm. Phương trình chung có dạng : Xúc tác cho quá trình là các axit, trong đó, hoạt tính cao nh ất và đ ược dùng phổ biến nhất trong công nghiệp là khi sử dụng tác nhân alkyl hóa là dẫn xuất clo, đó là clorua nhôm (AlCl3). Ngoài ra còn có các xúc tác khác như H2SO4, HF cũng thường được sử dụng cho các phản ứng alkyl hóa trong pha lỏng, H3PO4 được sử dụng cho pha khí.Và từ khi người ta phát hiện ra các v ật liệu rây phân tử không những có tính axit đủ mạnh để thúc đẩy quá trình tạo cacbocation mà còn có tính chọn lọc hơn các xúc tác lỏng, thì chúng bắt đầu được sử dụng rộng rãi trong các công nghệ alkyl hóa mới. Tác nhân sử dụng phổ biến trong alkyl hóa hydrocacbon thơm là dẫn xuất clo và olefin. Rượu ít được sử dụng do tạo ra nước trong quá trình alkyl hóa, dẫn đến phân hủy xúc tác AlCl3 Cơ chế của phản ứng cũng bắt đầu bằng giai đoạn hình thành cacbocation.  Với tác nhân alkyl hóa là các dẫn xuất clo:  Với tác nhân là olefin, có mặt HCl: Trong giai đoạn tiếp theo, vòng hydrocacbon thơm sẽ bị cacbocation này tấn công thay thế cho một proton của nhân thơm. [1] Trang 6
7. Tiểu luận: Tổng hợp alkylbenzen và sản xuất alkylbenzen sunfonat. 1.2.2.Lịch sử phát triển công nghệ sản xuất LAB. Trong lịch sử, Linear Alkylbenzen được sản xuất thương mại bằng cách sử dụng quá trình ngưng tụ Friedel-Crafts, sử dụng chất xúc tác nh ư nhôm clorua, hoặc chất xúc tác tính acid mạnh như hydro florua, ví d ụ, đ ể alkyl hóa benzen với olefin. Năm 1995, quá trình Detal xuất hiện, sử dụng chất xúc tác rắn được đưa ra. Các phương pháp này sản xuất với độ chuyển hóa cao, chọn lọc các đồng phân 2-phenyl thường là khoảng 30% hoặc ít hơn. Các loại Linear Alkylbenzen với một tỷ lệ cao trong các đồng phân của 2-phenyl được mong muốn bởi vì các hợp chất như vậy khi sunfonat hóa có chuỗi dài sẽ tăng cường khả năng hòa tan và tính chất tẩy rửa. LAB được sản xuất thông qua các alkyl hóa benzen với olefin bình thường xuất phát từ nhiều nguồn khác nhau như dầu hỏa(parafin bình thường) hoặc ethylen. UOP là hãng dẫn đầu công nghệ, với hơn 80% sản lượng LAB được sản xuất sử dụng công nghệ UOP trên toàn thế giới. Các quá trình UOP/CEPSA Detal™ đã trở thành công ngh ệ alkyl hóa được lựa chọn sản xuất LAB, chiếm 75% quá trình sản xuất LAB t ừ năm 1995. Quá trình UOP PEP ™ cho phép loại bỏ có chọn lọc các ch ất thơm trong nguồn nguyên liệu olefin/parafin cho khu vực Detal. Loại bỏ các ch ất thơm sẽ tăng 3-5% sản lượng LAB và cải thiện sự ổn định của chất xúc tác alkyl hóa trong Detal . Quá trình PEP lần đầu tiên được thương mại hóa vào năm 1995 và h ơn 10 đơn vị đã được cấp phép. Thông thường, linear alkylbenzen được s ản xu ất thương mại sử dụng quá trình ngưng tụ Friedel-Crafts hoặc xúc tác b ằng axit mạnh để alkyl hóa benzen với olefin . Huntsman Corporation, CEPSA Quimica, SA, Quimica Venoco, CA, Sasol Bắc Mỹ và Repsol YPF-Jin TungPetrochemical , Unggul Indah Cahaya và Reliance Industries Ltd (RIL) là những nhà sản xuất hàng đầu sản xuất LAB trên thế giới. Ngành công nghiệp Ấn Độ đã thực hiện một khởi đầu khiêm tốn vào năm 1978,vận hành của nhà máy LAB đầu tiên tại Vadodara. Sau đó Reliance Industries Ltd (RIL), Tamil Nadu hóa dầu Limited (TPL ) và Nirma Ltd thi ết lập cơ sở sản xuất của LAB . Indian Oil Corporation Ltd(IOC) đưa một nhà máy công suất 120 KTA vào tháng Tám năm 2004. Công suất l ắp đ ặt hi ện t ại của LAB ở Ấn Độ là 530 KTA mà dự kiến sẽ ch ạm 627 KTA vào năm 2016. Nguyên liệu đầu thường là các paraffin mạch thẳng từ C 10-C16 và benzen. Tuy nhiên phải xử lý n-parafin thành dạng hoạt động cho quá trình alkyl hóa.[4] Có các phương pháp xử lý sau và phạm vi của chúng trên thế giới được th ống kê trong bảng sau: Trang 7
8. Tiểu luận: Tổng hợp alkylbenzen và sản xuất alkylbenzen sunfonat. Bảng 3: Các công nghệ sản xuất LAB trên thế giới và phạm vi sử dụng.[3] Các phương pháp sản xuất LAB. Hình 2: Các phương pháp sản xuất LAB.[3] 1.2.3.Quá trình UOP HF Detergent Alkylate. - Nguyên liệu: linear parafin , benzene. - Xúc tác: HF lỏng. - Khu vực Pacol: n-parafin được dehydro hóa với một phản ứng xúc tác để sản xuất mono-olefin. - Khu vực Define: chuyển hóa di-olefin thành mono-olefin, do đó c ải thiện năng suất sản xuất LAB và chất lượng sản phẩm. - Khu vực Pep: Quá trình PEP loại bỏ các ch ất thơm t ừ dòng PACOL thải, do đó tăng tuổi thọ chất xúc tác Detal, nâng cao ch ất l ượng s ản phẩm LAB và giảm sản phẩm alkylate nặng. Trang 8
9. Tiểu luận: Tổng hợp alkylbenzen và sản xuất alkylbenzen sunfonat. - Khu vực Detal: phản ứng alkylat xảy ra với xúc tác rắn dị thể. Chất xúc tác rắn thay thế acid lỏng (axit HF hoặc nhôm clorua, được dùng trước đây với quy trình HF Detergent Alkylate), với lợi thế lớn về vốn đầu tư, giảm tác động môi trường và chất lượng sản phẩm LAB. Hình 3: Công nghệ sản xuất LAB từ linear parafin.[3] Trang 9
10. Tiểu luận: Tổng hợp alkylbenzen và sản xuất alkylbenzen sunfonat. Hình 4: Công nghệ sản xuất LAB sử dụng xúc tác HF.[5] Trang 10
11. Tiểu luận: Tổng hợp alkylbenzen và sản xuất alkylbenzen sunfonat. Dòng nguyên liệu parafin kết hợp với dòng hydro tuần hoàn, sẽ được gia nhiệt đến nhiệt độ phản ứng. Sau đó đưa vào thiết bị dehydro hóa. Dòng sản phẩm qua phẩm qua thiết bị tách. Pha hơi là hydro bay lên. Pha lỏng là các olefin và di-olefin được qua thiết bị phản ứng hydro hóa ch ọn l ọc đ ể chuy ển tất cả thành mono-olefin. Trong quá trình HF Detergent Alkylat, nguyên liệu olefin từ các phân xưởng Pacol. Define kết hợp với dòng benzen mới và dòng benzen h ồi l ưu và được làm mát trước khi trộn với axit HF . Phần phản ứng bao gồm m ột lò thiết bị trộn và thiết bị phân bố axit. Một phần của axit HF từ bộ ph ận phân bố sẽ được đưa đến thiết bị tái sinh HF, nơi các sản phẩm nặng được loại bỏ để duy trì độ tinh khiết axit. Pha hydrocarbon từ thiết bị phân bố HF được đưa đến thiết bị phân tách pha, nơi hoàn nguyên lại axit, benzen d ư th ừa, n- paraffin không phản ứng, alkylat nặng, và sản phẩm LAB được phân tách bằng các tháp chưng cất phân đoạn. Axit HF và benzen được tuần hoàn l ại thiết bị phản ứng alkyl hóa. Các n-paraffin không ph ản ứng được chuy ển qua thiết bị xử lý để loại bỏ hợp chất florua và sau đó được tái ch ế ở các thi ết b ị dehydrogen. Sơ đồ trong hình 1 cho thấy việc xử lý và trung hòa axit HF, đó là cần thiết cho sự vận hành an toàn của nhà máy và luôn luôn bao gồm đường ống. Phần này chiếm một phần đáng kể chi phí đầu tư của các nhà máy alkyl hóa HF. 1.2.4.Quá trình Detal scheme. Xúc tác: rắn như zeolit Trong quá trình Detal scheme(Hình 5), dòng olefin kết h ợp v ới dòng benzene mới và dòng benzen tuần hoàn qua một lò ph ản ứng cố đ ịnh, trong đó có các chất xúc tác rắn. Phản ứng xảy ra ở điều kiện nhẹ trong giai đo ạn lỏng. Dòng sản phẩm từ thiết bị phản ứng chảy trực tiếp vào thiết bị chứng cất phân đoạn. Trang 11
12. Tiểu luận: Tổng hợp alkylbenzen và sản xuất alkylbenzen sunfonat. Hình 5: Sơ đồ dây chuyền quá trình Detal scheme.[3] Nghiên cứu về các chất xúc tác Detal cho thấy các di-olefin và một số tạp chất khác, chủ yếu là chất thơm, từ khu vực Pacol có một tác động đáng kể đến hoạt động và sự ổn định của chất xúc tác Detal cũng nh ư v ề ch ất l ượng LAB. Do đó, quá trình Define phải bao gồm quá trình chuy ển đổi t ất c ả các di-olefin thành mono-olefin. Ngoài ra, UOP phát triển công ngh ệ để loại bỏ các chất thơm từ dòng alkyl hóa. Thông thường, những chất thơm này alkyl hóa với olefin và tạo ra sản phẩm phụ nặng trong khu vực alkyl hóa. Do đó, loại bỏ các chất thơm có hai lợi ích: tăng năng suất LAB trên một đ ơn v ị olefin và cải thiện hoạt động của chất xúc tác Detal. So sánh dây chuyền UOP HF Detergent Alkylate và Detal Scheme: Công nghệ xúc tác dị thể Detal Scheme có lợi thế hơn công nghệ sử dụng xúc tác lỏng HF ở những điểm sau - Không có khâu xử lý HF lại sau; - Chi phí đầu tư thấp vì dùng xúc tác không có tính ăn mòn; - Chi phí bảo trì thấp; - Chi phí xử lý chất thải từ nhà máy rất thấp. Trang 12
13. Tiểu luận: Tổng hợp alkylbenzen và sản xuất alkylbenzen sunfonat. Bảng 4: So sánh dây chuyền UOP HF Detergent Alkylate và Detal Scheme.[3] Hình 6: So sánh điểm vẩn đục và độ nhạy với nồng độ của LAB trong 2 công nghệ UOP HF Detergent Alkylate và Detal Scheme.[3] Theo bảng 4, chất lượng sản phẩm của 2 công nghệ là giống nhau, đều cho hàm lượng tetralins thấp. Tuy nhiên, sản phẩm LAB theo Detal có mạch thẳng cao hơn một chút, và hàm lượng tetralins thấp hơn 0.5%. Sự khác biệt lớn nhất giữa sản phẩm của hai công ngh ệ này là hàm l ượng 2- phenyl-alkane trong sản phẩm của Deltal là lớn hơn nhiều so với HF. Do đó, làm tính tan của sản phẩm LAS sau này là cao hơn. Giúp ch ất lượng sản phẩm cao hơn, đồng thời tiết kiệm cho nền kinh tế. Trang 13
14. Tiểu luận: Tổng hợp alkylbenzen và sản xuất alkylbenzen sunfonat. Điều khác biệt nữa trong cấu tạo sản phẩm từ công nghệ xúc tác HF và Detal theo. Đó là điểm đục và tính nhạy với nồng độ của sản ph ẩm LAB theo công nghệ Detal kém hơn nhiều so với HF Detergent Alkylate. Một phân tích so sánh cho 80000 MTA sản phẩm LAB sản xuất theo công nghệ HF Deterdent Alkylate hoặc Detal. Giả định dây chuy ền g ồm có khu vực Pacol, Define, và HF Detergent Alkylate hoặc Detal ( v ới lo ại b ỏ ch ất thơm sau đó). Thiết bị được thiết kế cho giả định 8000h làm việc trên năm, cho lượng sản phẩm đạt yêu cầu là 240 MTtrên ngày làm việc. Tiền xây dựng cho dây chuyền HF Detergent Alkylate ước tính khoảng 56 triệu đô, trong khi đó số tiền xây dựng dây chuyền Detal khoảng 45 triệu đô. Tất cả phân tích kinh tế được tóm tắt trong bảng 5. Năng su ất s ản ph ẩm th ể hiện cho LAB có trọng lượng phân tử trung bình là 240. Sản phẩm phụ gồm hydro 95% tinh khiết, sản phẩm nhẹ, sản phẩm alkylate nặng và cặn trong thiết bị tái sinh HF. Bảng 5: Tính kinh tế của 2 công nghệ HF Deterdent Alkylate và Detal trong sản xuất LAB.[3] Trang 14
15. Tiểu luận: Tổng hợp alkylbenzen và sản xuất alkylbenzen sunfonat. CHƯƠNG 2: SẢN XUẤT LAS. 2.1. Giới thiệu về LAS. 2.1.1. Chất hoạt động bề mặt . Chất hoạt động bề mặt (CHĐBM) là chất có sức căng bề mặt nh ỏ h ơn sức căng bề mặt của dung môi, và trong dung dịch, nồng độ của nó ở b ề m ặt cao hơn bên trong dung dịch, làm giảm sức căng bề mặt của dung dịch. Những CHĐBM quan trọng thường là những hợp chất hữu cơ g ồm hai ph ần: phần phân cực (phần ưa nước) và phần không phân cực (ph ần k ị nước). Axit béo là CHĐBM gồm gốc hyđrocabon là phần không phân cực và nhóm cacboxyl là phần phân cực. CHĐBM được sử dụng rất ph ổ biến trong công nghiệp, trong việc tuyển quặng, điều chế các chất tẩy rửa vv… Các chất hoạt động bề mặt là thành phần chủ yếu của một số sản phẩm tẩy rửa mà nhiệm vụ là đảm bảo s ự tẩy đi các v ết b ẩn và nh ững ch ất lơ lửng trong nước giặt để ngăn cản sự bám lại của chúng trên v ải, đó chính là hiện tượng tẩy rửa. Chất hoạt hóa bề mặt ứng dụng rất nhiều trong đời sống hàng ngày. Ứng dụng phổ biến nhất là bột giặt…. LAS hiện chiếm khoảng 1/3 thành phần trong bột giặt và được sử dụng rộng rãi. 2.1.2. Sự ra đời của LAS (Linear AlkylBenzen Sulfonate) Xà phòng là chất tẩy rửa đầu tiên xuất hiện trong nền văn minh c ủa chúng ta. Cho dù sự chế biến còn thô sơ nhưng trong nhiều thế kỷ xà phòng vẫn là sản phẩm xa xỉ để tắm gội, vừa là mỹ phẩm và ngay cả dược liệu. Nhờ sự thúc đẩy của hai nhà khoa học Pháp mà xà phòng tr ở thành m ột sản phẩm thông dụng. Vào cuối thế kỷ 18, Leblane khám phá ra rằng xút có thể được sản xuất từ natri clorua. Vài năm sau, Chvreul đã thành công khi giải thích được phản ứng hóa học giữa chất kiềm và triglyxerit. Từ thời kỳ này, sự sản xuất công nghiệp trở nên dễ dàng hơn nên việc sử dụng xà phòng trở thành phổ biến. Trang 15
16. Tiểu luận: Tổng hợp alkylbenzen và sản xuất alkylbenzen sunfonat. Về sau các nhà khoa học hướng các cuộc nghiên cứu đến nh ững s ản phẩm thay thế còn hữu hiệu hơn cả xà phòng, có được nh ờ tổng h ợp hóa chất. Fruitz Guinther của BASF đã thành công khi sáng chế cất tẩy rửa tổng hợp đầu tiên bằng cách ankyl hóa rồi sunfua hóa ch ất naphtalen. Tuy nhiên chuổi phân tử alkyl naphtalen quá ngắn, không thể có đầy đủ nh ững đ ặc tính tẩy rửa. Bertsch người Đức đã khám phá rằng este hóa chất axit béo c ủa d ầu kèm theo việc sunfua hóa làm phát sinh một chất mang những đặc tính th ấm ướt tuyệt vời (chất butyleste sunfonat) nhưng hiệu quả giặt tẩy còn quá kém. Vài năm sau, Betsch và các cộng tác viên của ông đã chế biến thành công những chất tẩy rửa tuyệt vời bằng cách sulfonat hóa các rượu béo. Do đó các sunphat rượu béo đã gia nhập vào thế giới các chất hoạt động bề mặt. Vào năm 1946, người ta vượt qua một gia i đoạn quan trọng khác khi hoàn chỉnh một nguyên liệu mới giá rẻ và không tác hại. Ch ất alkylbenzen sulfonat (hay ABS) có thể thay thế hữu hiệu xà phòng và các b ột gi ặt g ốc dùng trong các công việc tẩy giặt trong gia đình. Trong những năm sau đó, người ta đã khám phá những phân tử khác, đặc biệt là các chất như các rượu béo etoxy hoá, trong đó ch ất noylphenol etoxy hoá đóng vai trò chất dẫn đầu. Tuy nhiên ABS v ẫn còn là ch ất ho ạt động bề mặt được sử dụng nhiều nhất. Nó được triển khai liên tục cho đến đầu những năm 60, người ta bắt đầu quan tâm tới sự phân hủy sinh học, tác động của ABS tới môi trường. ABS với khả năng phân huỷ sinh học yếu, đã bị lên án. Người ta tìm ra giải pháp bằng cách thay thế ch ất bằng các m ạch thẳng – LAS (linear Alkylbenzen sulphonate). 2.1.3. Quá trình phát triển của LAS. Trong nhiều năm trước đây, xà phòng luôn đáp ứng tốt nhu cầu cung ứng cho xã hội và cho đến khi chất béo và dầu trong động vật, thực vật (thành phần cơ bản cần thiết để tạo nên xà phòng) trở nên thiếu thốn, cùng với cuộc chiến tranh Thế Giới lần I, II đã dẫn đến việc thúc đẩy tìm ki ếm Trang 16
17. Tiểu luận: Tổng hợp alkylbenzen và sản xuất alkylbenzen sunfonat. một chất có thể thay thế. Từ đó những nghiên cứu đã phát hiện ra chất hoạt động bề mặt có thể thu được dễ dàng bằng cách tổng hợp từ hóa dầu, đó là LAS (Linear Alkylbenzen Sunfonat). Sự phát triển này chứng tỏ một bước nhảy vượt bậc cho công nghiệp tẩy rửa và xã hội. Không giống như xà phòng truyền thống thông thường, những chất hoạt động bề mặt này có th ể ch ịu được nước cứng và vì thế nó cải thiện được năng suất cho quá trình sản xu ất chất tẩy rửa. LAS lần đầu tiên được thương mại hóa vào đầu thập niên 60 nh ư m ột chất có khả năng phân hủy sinh học. LAS có th ể được xem nh ư m ột tác nhân tẩy rửa “ xanh” đầu tiên, bởi vì nó là chất hoạt động đ ầu tiên đ ược gi ới thi ệu là chất giải quyết vấn đề về môi trường. Những nghiên cứu này đã tiếp tục thực hiện trong suốt 40 năm qua và không ngừng cải thiện chất lượng và an toàn cũng như trong sự phát triển mới cả về sản xuất LAB (Linear Alkylbenzene, nguyên liệu thô của LAS ) và sự sunfonat hóa. LAS là một chất hoạt động bề mặt anionic được tổng từ alkylbenzen mạch thẳng (LAB). Khoảng 99% sản lượng LAB được chuy ển thành LAS qua quá trình sulphonat hóa. LAS thì hầu hết được sử dụng dành riêng trong thành phần chất tẩy rửa. Và trong một vài trường hợp đặc biệt thì LAS cũng được sản xuất từ dẫn xuất khác. 2.1.4. Tính chất của LAS LAS được sản xuất bởi quá trình sulpho hóa LAB với tác nhân sulpho hóa khác nhau(SO3 , Oleum, H2SO4) . Công nghệ quá trình sulphonat hóa tuy có bước phát triển đáng kể từ giữa thập niên 60 và ngày nay nhưng oleum và khí SO3 vẫn còn được sử dụng, mô hình phản ứng loại màng vẫn được áp dụng trong hầu hết các thiết bị sulpho hóa ở Châu Âu. a) Công thức cấu tạo của LAS: Trang 17
18. Tiểu luận: Tổng hợp alkylbenzen và sản xuất alkylbenzen sunfonat. - Trọng lượng phân tử trung bình: 342 - m + n= 7- 10 - Nhánh alkyl thẳng. - Sunfonat ở vị trí para. b) Tính chất: - LAS dễ phân huỷ sinh học trong điều kiện hiếu khí. - Khả năng hoà tan trong nước giảm khi chiều dài chuỗi alkyl tăng và tuỳ thuộc vào ion dương của muối. - Ở nhiệt độ phòng, LAS (C12) là chất rắn màu vàng nhạt. - LAS bền trong môi trường oxy hoá. - Một trong những tính chất quan trọng của LAS là nó có tính t ương thích cao hơn các chất hoạt động bề mặt anionic khác, do chúng có th ể s ử dụng trong cả đơn công nghệ acidic và alkaline nh ư một loại chất t ẩy rửa dạng lỏng hay dạng bột đều được. - LAS là hợp chất cơ tính ổn định cao. 2.1.5. Sự tiêu thụ của LAS Linear Alkylbenzen Sulfonate (LAS), một chất hoạt động trong các chất bột giặt, nước rửa chén, chất lau chùi công nghiệp và lau chùi sinh hoạt. LAS loại chất bẩn bằng cơ chế hóa lý và là một trong các chất hoạt động bề mặt sử dụng rộng rãi nhất trong các chất tẩy rửa lỏng và dạng bột. Chất hoạt động bề mặt anion, chúng ion hóa trong dung dịch, mang đi ện tích âm, nhìn chung chúng có bọt nhiều. Với sự phân bố 27% tổng tiêu thụ chất hoạt động bề mặt trong chất tẩy rửa gia đình, LAS đã được dùng hơn 30 năm qua và ti ếp t ục góp ph ần Trang 18
19. Tiểu luận: Tổng hợp alkylbenzen và sản xuất alkylbenzen sunfonat. đáng kể trong thị trường chất hoạt động bề mặt ngày nay. Trung bình hàm lượng LAS chiếm khoảng 5%-25% khối lượng trong mỗi loại chất tẩy rửa ở Châu Âu (dung dịch rửa chén, bột giặt….). Hình 7: Sơ đồ phân bố sử dụng chất hoạt động bề mặt trên thế giới Hình 8: Sơ đồ phân bố sử dụng LAS trên thế giới 2.2. Công nghệ sản xuất LAS. 2.2.1. Tác nhân phản ứng Để tiến hành sulfo hóa các hợp chất thơm người ta sư dụng ch ủ y ếu là acid sulfuric, oleum và SO3. 2H 2 SO4 HSO-4 + H3SO+4 HSO4- + SO2OH + H2O SO2OH + SO2OH H SO2OH -H+ Một trong những vấn đề cần giải quyết khi sulfo hóa các hợp chất thơm là sử dụng triệt để các tác nhân sunfo hóa và chuyển lượng dư của nó Trang 19
20. Tiểu luận: Tổng hợp alkylbenzen và sản xuất alkylbenzen sunfonat. về dạng acid loãng hoặc dạng muối. Sự có mặt của acid loãng hay muối vô cơ đòi hỏi thêm một công đoạn tách sản phẩm chính và làm ph ức tạp thêm quy trình công nghệ. Khi sulfo hóa bằng acid sulfuaric thì vấn đề trên được giải quyết khá đơn giản đối với các hợp chất HC th ơm d ễ bay h ơi. Ngoài ra, do tính thuận nghịch của quá trình và độ giảm hoạt tính m ạnh c ủa axit b ị làm loãng bởi nước sinh ra, phản ứng sulfo hóa thường kết thúc ở nồng độ nhất định của axit. Quá trình sulfo hóa bằng axit sulfuric thường phải tiến hành ở nhiệt độ cao (80 – 1000C) do axit này có khả năng sulfo hóa không cao. Hỗn hợp phản ứng bào gồm hai pha, và phản ứng diễn ra trong pha axit, y ếu tố khuấy trộn không gây ảnh hưởng lớn như các phản ứng khác. Một phương pháp khác sử dụng SO3 triệt để hơn là dùng oleum để sulfo hóa các hợp chất thơm. Oleum có hàm lượng SO 3 cao hơn và các tính toán cho thấy sự tiêu hao của nó trên một đơn vị sản phẩm thấp h ơn so với khi sử dụng acid sulforic. Các phản ứng trên đều tỏa nhiệt mạnh, nên phải liên tục làm mát trong quá trình phản ứng. 2.2.2. Các phản ứng xảy ra Phản ứng sulfo hóa alkylbenzen: Phản ứng giữa LAB với oleum xảy ra qua hai giai đo ạn. Giai đo ạn th ứ nhất là sự tác dụng của phần dư SO3 trong oleum: ArH + H2SO4 . SO3 → ArSO2OH + H2SO4 Phản ứng này không thuận nghịch và toả nhiệt mạnh, hiệu ứng nhiệt phụ thuộc vào nồng độ của oleum và có giá trị 180 KJ/mol đối với oleum 20%. Giai đoạn tiếp theo có sự tham gia của axit sulfuric. Sự sulfo hoá bằng SO3 được biểu diễn như sau: ArH + SO3 → ArSO2OH Đây cũng là phản ứng không thuận nghịch (-ΔH 0298 = 217 Kj/mol). Cơ chế giai đoạn đầu của quá trình sulfo hóa các hydrocacbon thơm bằng oleum Trang 20

165 tài liệu

2046 lượt tải

Linear alkyl benzen sulfonic acid là gì?

Linear Alkyl Benzene Sulfonic Acid (LABSA) có tên thường gọi là LAS. Đây là một hợp chất hóa học có công thức phân tử C6H4(C12H25)SO3H. Là một loại axit sulfonic được sản xuất thông qua quá trình sulfon hóa của hợp chất Alkyl Benzene. Đây một loại hydrocarbon thuộc nhóm aromat được tạo ra từ dầu mỏ).

Thế nào là alkyl benzene?

Alkyl benzen hay còn được gọi với cái tên khác là benzen chức, nos là một loại hợp chất hữu cơ đặc trưng bởi việc kết hợp một nhóm chức alkyl (hoặc gốc alkyl) với một vòng benzen. Đây là một loại hydrocarbon thơm có tính chất quan trọng và đa dạng trong ngành công nghiệp hóa chất.