Tiểu luận tổng hợp hợp chất trung gian hóa dầu MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Trong những năm qua, với sự ra đời của nhà máy lọc hóa dầu Bình Sơn (Quảng Ngãi) và sắp tới là Nghi Sơn (Thanh Hóa), Long Sơn (Vũng Tàu) ….đã và cung cấp cho ngành công nghệ hóa học một nguồn nguyên liệu dầu và khí dồi dào. Từ những nguyên liệu này,qua các quá trình tổng hợp hữu cơ-hóa dầu đã sản xuất Trần Quang Biển – Lớp KSTN Hóa dầu K54 Page 1 Tiểu luận tổng hợp hợp chất trung gian hóa dầu ra các hợp chất hữu cơ, các hợp chất trung gian quan trọng cho công nghiệp và đời sống. Một trong những sản phẩm quan trọng của tổng hợp hữu cơ hóa dầu là các loại nhựa. Ở nước ta phần lớn các loại nhựa quan trọng như ABS, PP, PET, PMMA… vẫn đang phải nhập khẩu từ các nước khác. Trong tương lai sẽ phải có các dự án xây dựng nhà máy để phục vụ nhu cầu trong nước cung như xuất khẩu để góp phần tăng trưởng kinh tế. Nhựa Poly (Metyl Metacrylat) – PMMA là một loại nhựa được dùng nhiều trong xây dựng, chiếu sáng, giao thông….còn được gọi dưới nhiều cái tên như thủy tinh hữu cơ Plexiglas. Đây là sản phẩm của quá trình polyme hóa Metyl Metacrylat, một hợp chất trung gian có nhiều ứng dụng và được tổng hợp từ các hợp chất của ngành lọc hóa dầu. Chính vì thế việc nghiên cứu tổng hợp ra nó rất cần thiết đối với sinh viên trong ngành. Qua đó sinh viên có thể nắm rõ hơn các quá trình chuyển hóa, các công nghệ được học trong giáo trình đồng thời rèn luyện các kĩ năng tìm kiếm tài liệu, tổng hợp thông tin. Với những ý nghĩa như trên, em xin tổng hợp và viết nên tiểu luận: “Tổng hợp Poly (Metyl Metacrylat)”. Tiểu luận được chia ra ba phần rất rõ ràng là: Phần 1: Giới thiệu chung Phần 2: Tổng hợp monome Phần 3: Tổng hợp polyme Trong mỗi phần các tính chất vật lý hóa học, cơ chế động học, sơ đồ công nghệ…. đều được đề cập đến. Vì hiểu biết còn có hạn nên một số chỗ còn chưa chi tiết như bản thân mong muốn. Chính vì thế em rất mong nhận được sự góp ý của cô giáo. Phần 1: Giới thiệu về Poly (Metyl Metacrylat) 1.1 Giới thiệu chung 1.1.1 Lịch sử - Poly (Metyl Metacrylat) được tổng hợp lần đầu tiên trong phòng thí nghiệm từ monome Metyl Metacrylat vào năm 1927 khi cố gắng sản xuất kính an toàn bằng Trần Quang Biển – Lớp KSTN Hóa dầu K54 Page 2 Tiểu luận tổng hợp hợp chất trung gian hóa dầu cách polymer hóa methyl methacrylate giữa hai lớp kính và được đăng kí sáng chế vào năm 1933 bởi Rohm and Haas Company với tên gọi Thủy tinh hữu cơ plexiglas. - Poly (Metyl Metaacrylat) cũng được phát hiện vào đầu những năm 1930 bởi các nhà hóa học Anh Rowland Hill và John Crawford tại Imperial Chemical Industries (ICI) ở Anh. ICI đăng ký sản phẩm theo thương hiệu Perspex. Cả Perspex và Plexiglas đã được thương mại hóa vào cuối những năm 1930. - Tại Hoa Kỳ, Công ty DuPont sau đó giới thiệu sản phẩm riêng của mình dưới các nhãn hiệu Lucite. Poly (Metyl Metacrylat) được bán ra thị trường lần đầu tiên vào năm 1936 dưới dạng kính bảo vệ bởi ICI Acrylics(nay là Lucite International). - Trong thế chiến thứ hai Poly (Metyl Metacrylat) được sử dụng làm kính viễn vọng cho tàu ngầm, kính chắn gió, vòm chắn, tháp pháo cho máy bay…. - Ngày nay Poly (Metyl Metacrylat) được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như xây dựng, giao thông, chiếu sáng, IT… - Poly (Metyl Metacrylat) nằm trong nhóm nhựa acrylic cùng với Poly (Acrylonitril). Trên thị trường sản phẩm này được thương mại hóa với các tên gọi như ACRYLITE®, Lucite, Plexiglas, Optix (Plaskolite), Perspex, Oroglas, Altuglas 1.1.2 Tính chất vật lý, hóa học - Phân tử khối trung bình khoảng 350 000 đvC - Nhiệt độ nóng chảy của khoảng 160 o C - Khối lượng riêng ở 25 o C : 1,18g/cm 3 - Là loại nhựa acrylic (nhựa este), có dạng trong suốt, thuộc nhóm nhựa nhiệt dẻo (nhẹ hơn một nửa so với các loại nhựa thông thường). - Có khả năng cho ánh sáng truyền qua tốt đến 93% . Ngoài ra, nó có truyền tải gần như hoàn hảo của ánh sáng có thể nhìn thấy được và vẫn giữ các đặc tính này trong nhiều năm tiếp xúc với bức xạ cực tím và thời tiết nên nhựa Poly (Metyl Metacrylat) là một sự thay thế lý tưởng cho kính. Trần Quang Biển – Lớp KSTN Hóa dầu K54 Page 3 Tiểu luận tổng hợp hợp chất trung gian hóa dầu - Có độ bền cơ học cao, chịu nhiệt, bền với hóa chất, chịu thời tiết khắc nghiệt, chịu xước tốt. - Là chất rắn vô định hình - Có khả năng tái chế Hình 1.1: Khả năng truyền quang của PMMA và một số loại nhựa khác 1.1.3 Ứng dụng - Poly (Metyl Metacrylat) có rất nhiều ứng dụng trong các linh vực đời sống. Trong số đó lĩnh vực xây dựng chiếm tỷ trọng cao nhất với khoảng 50% lượng Poly (Metyl Metacrylat) được sử dụng. Ứng dụng nhiều như trần nhà, cửa kính, bể cá chịu áp lực cao, chiếu sáng, các biển quảng cáo…. Trong lĩnh vực liên quan đến tàu ngầm, nó được sử dụng làm cửa quan sát, kính quan sát; trong y tế người ta còn dùng để phẫu thuật chỉnh hình, làm răng giả, xương giả; trong thời trang, Poly (Metyl Metacrylat) cũng được dùng làm nữ trang, sản xuất đế giày cao gót, chất thêm vào các loại mỹ phẩm; ngoài ra còn được dùng làm màn hình các thiết bị điện thoại đời mới nhất …. Dưới đây là tỷ trọng của các lĩnh vực trong đời sống có sử dụng nhựa Plexiglas Trần Quang Biển – Lớp KSTN Hóa dầu K54 Page 4 Tiểu luận tổng hợp hợp chất trung gian hóa dầu Lĩnh vực Nhu cầu PMMA (đơn vị 10 000 tấn) Tỷ trọng Xây dựng 21.5 50.7% Chiếu sáng 7.2 16.4% Giao thông 3.1 7.1% Quang học 2.8 6.4% Y tế 2.5 5.8% IT 1.8 4.1% Khác 4.1 9.5% Tổng 43 100% Bảng 1.1: Tỷ trọng các ngành sử dụng Poly (Metyl Metacrylat) 1.1.4 Tồn trữ, bảo quản - Không được tồn trữ hàng hoá, xếp thành chồng dưới ánh nắng mặt trời trực tiếp hoặc ngoài trời mưa. - Tránh tiếp xúc xăng dầu hoặc hoá chất có tính kiềm mạnh (xút,vôi ) 1.1.5 Tình hình sản xuất và nhu cầu sử dụng tại Việt Nam và trên thế giới - Khu vực châu Á-Thái Bình Dương là thị trường lớn nhất cho PMMA với khoảng 40% doanh thu trên toàn cầu trong năm 2011 và ước tính lên tới 4,49 tỷ USD vào năm 2017. Đây cũng là nhà sản xuất lớn nhất của PMMA. Thị trường lớn thứ hai là châu Âu và tiếp theo là Bắc Mỹ. - Trong cuộc khủng hoảng kinh tế toàn cầu thị trường PMMA phải đối mặt với sự sụt giảm về nhu cầu. Trong năm 2010 và 2011, ngành công nghiệp phục hồi từ suy thoái kinh tế và sự tăng trưởng một cách đáng kể. Việc tiêu thụ ước tính của PMMA đạt 1,67 triệu tấn trong năm 2011 trên toàn cầu. - Mitsubishi Rayon của Nhật Bản và Lucite International (Mỹ) là hai nhà cung cấp lớn nhất của PMMA. Một số nhà cung cấp lớn khác như Arkema SA (Pháp), LG MMA (Hàn Quốc), Chi Mei Corp (Đài Loan), Evonik Industries (Đức), và Nhật Bản Sumitomo Chemical Company Ltd và Kuraray (Nhật Bản). - Nguyên liệu Methyl methacrylate (MMA) để tổng hợp PMMA được cung cấp chính bởi các hãng BASF, LG MMA, Arkema, Chi Mei, Dow Chemicals, Evonik, Trần Quang Biển – Lớp KSTN Hóa dầu K54 Page 5 Tiểu luận tổng hợp hợp chất trung gian hóa dầu Mitsubishi Rayon và Sumitomo Các công ty cũng đầu tư rất lớn vào hoạt động R & D để phát triển tốt hơn PMMA sản phẩm với nhiều ứng dụng mới. - Hiện nay Việt Nam chưa có nhà máy nào sản xuất sản phẩm này mà hoàn toàn nhập khẩu từ nước ngoài. Chính vì thế nhu cầu có một nhà máy sản xuất Poly (Metyl Metacrylat) cũng như các sản phẩm liên quan là cần thiết. Tuy nhiên cần xem xét về mặt nguyên liệu, vốn đầu tư, công nghệ, nhà xưởng, khả năng cạnh tranh, mặt bằng…. Trong đó nguyên liệu là yếu tố quan trọng nhất để từ đó đưa ra quyết định chọn công nghệ. Hình 1.2 Thị phần tiêu thụ PMMA tại các khu vực trên thế giới năm 2011 1.2 Phương pháp tổng hợp - Poly (Metyl Metacrylat) được tổng hợp từ nguồn nguyên liệu là Metyl Metacrylat qua quá trình trùng hợp đồng phân tử. Qua các quá trình chế biến như cắt, xử lý bề mặt,… sẽ cho ra nhiều loại sản phẩm khác nhau ứng dụng nhiều trong cuộc sống. Dưới đây là mô tả quá trình tổng hợp, chế biến từ nguyên liệu đầu tiên Trần Quang Biển – Lớp KSTN Hóa dầu K54 Page 6 Tiểu luận tổng hợp hợp chất trung gian hóa dầu như khí tự nhiên, NH 3 , Acetone, Metanol, Axit sunfuric cho đến sản phẩm bán ra thị trường cuối cùng. Hình 1.3: Mô tả quy trình tổng hợp các sản phẩm PMMA Phần 2: Tổng hợp Monomer Metyl Metacrylat 2.1 Giới thiệu chung về Metyl Metacrylat 2.1.1 Tính chất vật lí, hóa học của Metyl Metacrylat Trần Quang Biển – Lớp KSTN Hóa dầu K54 Page 7 Tiểu luận tổng hợp hợp chất trung gian hóa dầu Hình 1.1 Mô hình 3D của phân tử Metyl Metacrylat - Metyl Metacrylat có công thức phân tử C 5 H 8 O 2 ( ), danh pháp IUPAC là Methyl 2-methylpropenoate - Ở điều kiện thường Metyl Metacrylat là chất lỏng không màu, khối lượng riêng 0,94g/cm 3 , nhiệt độ sôi 101 0 C, nhiệt độ nóng chảy -48 0 C, độ nhớt ở 20 0 C là 0,6cP. - Metyl metacrylat là một este nên có đầy đủ các phản ứng của một este điển hình như thủy phân, phản ứng với kiềm. Ngoài ra trong phân tử có liên kết đôi C=C nên dễ dàng trùng hợp thành polyme. Do đó trong quá trình bảo quản cần bổ sung các chất ức chế tạo polyme như các hợp chất của phenol. 2.1.2 Ứng dụng của Metyl Metacrylat - Metyl Metacrylat là một hợp chất có nhiều ứng dụng quan trọng trong tổng hợp hữu cơ hóa dầu, là monome tổng hợp ra poly metyl metacrylate có ứng dụng rộng rãi trong thực tế. Ngoài ra nó còn dùng để sản xuất polyme đồng trùng hợp Methyl Methacrylate-Butadiene-Styrene (MBS) có tính chất tương đương với nhựa PVC. - Metyl Metacrylat là monome tổng hợp nên Poly (Metyl Metacrylat) theo phương trình phản ứng sau: Trần Quang Biển – Lớp KSTN Hóa dầu K54 Page 8 Tiểu luận tổng hợp hợp chất trung gian hóa dầu 2.1.3 Tình hình sản xuất và tiêu thụ Metyl Metacrylat - Ngày nay, Bắc Mỹ, Nhật Bản, Đông Á, châu Âu là những vùng có lượng tiêu thụ Metyl Metacrylat lớn nhất trên thế giới với công nghệ chủ yếu đi từ axeton và hydroxyanua, một vài nơi đi từ nguyên liệu đầu là C 4 . Theo thống kê của hãng Region, năm 2005, thì châu Âu và Bắc Mỹ là những nơi có lượng tiêu thụ lớn nhất thế giới với gần 30% mỗi nơi. Bảng dưới đây thống kê một vài hãng tiêu biểu và công nghệ sản xuất metyl metacrylat tại các vùng trên thế giới: Bảng 2.1: Tình hình sản xuất Metyl Metacrylat [2] - Nhu cầu sử dụng metyl metacrylat ngày càng lớn theo thời gian. Theo ước tính của nhà cung cấp Metyl Metacrylat hàng đầu thế giới Sumitomo (Nhật Bản) tăng đều đặn qua từng năm tại khu vực châu Á. Trần Quang Biển – Lớp KSTN Hóa dầu K54 Page 9 Tiểu luận tổng hợp hợp chất trung gian hóa dầu Bảng 2.2 Ước tính cung cầu sản phẩm Metyl Metacrylat của hãng Sumitomo 2.1.4 Phương pháp bảo quản, tồn chứa Metyl Metacrylat - Metyl Metacrylat là một chất lỏng dễ cháy, có giới hạn cháy nổ với không khí ở 20 0 C từ 2,12-12,5 % nên cần được tồn chứa trong bình kín và điều kiện thoáng mát. - Do có nối đôi C=C trong công thức cấu tạo nên Metyl Metacrylat có khả năng trùng hợp tạo polime. Quá trình polime hóa xảy ra kéo theo sự tỏa nhiệt lớn, nhiệt phản ứng đạt -57,7 kJ/mol, vì thế khi bảo quản cần cho thêm chất ức chế tránh tạo polime. Thông thường, MMA được bảo quản trong các bình thép chống gỉ ở nhiệt độ dưới 25 o C. 2.2 Các phương pháp sản xuất Metyl Metacrylat 2.2.1 Lịch sử phát triển của quá trình tổng hợp Metyl Metacrylat trên thế giới Trần Quang Biển – Lớp KSTN Hóa dầu K54 Page 10 [...]... Page 33 Tiểu luận tổng hợp hợp chất trung gian hóa dầu KẾT LUẬN Qua một thời gian làm việc khá nghiêm túc cùng với sự giúp đỡ nhiệt tình của PGS.TS Nguyễn Hồng Liên, em đã hoàn thành tiểu luận tổng hợp Poly (Metyl Metacrylat) Trong tiểu luận này em đã đưa ra các phương pháp sản xuất monome và tổng quan về các phương pháp tổng hợp polyme Phương pháp chính để tổng hợp monome Metyl Metacrylat là đi từ... Page 11 Tiểu luận tổng hợp hợp chất trung gian hóa dầu - Biểu đồ thống kê công nghệ sử dụng tổng hợp Metyl Metacrylat của một số vùng và một số hãng trên thế giới cho thấy chiếm ưu thế vẫn là công nghệ đi từ nguyên liệu đầu là axeton và hydroxyanua (công nghệ ACH): Bảng 2.4: Phạm vi sử dụng các phương pháp tổng hợp Metyl Metacrylat - Dưới đây là lịch sử các phương pháp tổng hợp Metyl Metacrylat của các... pháp tổng hợp Metyl Metacrylat Phần 3: Tổng hợp Poly (Metyl Metacrylat) 3.1 Cơ sở phương pháp 3.1.1 Nguyên liệu - Nguyên liệu là Metyl Metacrylat với độ tinh khiết đến 99-99,5% - Rất dễ dàng cho phản ứng polyme hóa vì có nhóm vinyl dễ trùng hợp - Chất khơi mào tạo các gốc tự do như peroxit, Azodiisobutyronitril (ABIN) hoặc ánh sáng, tia gamma Trần Quang Biển – Lớp KSTN Hóa dầu K54 Page 27 Tiểu luận tổng. .. luận tổng hợp hợp chất trung gian hóa dầu Bước tắt mạch: Các gốc tự do tạo với nhau để tạo thành các hợp chất không còn gốc tự do.Từ đó chuỗi phản ứng bị tắt tạo các polyme với phân tử khối lên tới 350 000 đơn vị C (tương đương n khoảng 1000-3000) 3.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình polyme hóa tạo Poly (Metyl Metacrylat) chủ yếu là nhiệt độ và nồng độ monome Phản ứng polyme... luận tổng hợp hợp chất trung gian hóa dầu - Metyl Metacrylat có thể được tổng hợp từ nhiều nguồn nguyên liệu đầu khác nhau, tiêu biểu là đi từ axeton, tert-butyl alcol (TBA) hay từ iso-butylene… - Vào thập niên 1930’s Metyl Metacrylat lần đầu được giới thiệu trên thế giới bởi công ty Rohm và Hass (Đức) - Năm1937 Quá trình ACH (dựa vào aceton và HCN) phát triển và đưa vào thương mại hóa - Năm1938 Metyl. .. sulfuric giống phục vụ cho sản xuất hai sản phẩm Khi bị nung nóng trong điều kiện thích hợp, các sản phẩm nhựa Poly (Metyl Metacrylat) đã không còn sử dụng được theo mục đích ban đầu có thể trả trở lại Trần Quang Biển – Lớp KSTN Hóa dầu K54 Page 32 Tiểu luận tổng hợp hợp chất trung gian hóa dầu monomer bắt đầu của nó là Metyl Metacrylat Trước đây người ta thường sử dụng chì trong quá trình nung nóng chảy nhựa... xuất Poly (Metyl Metacrylat) bằng phương pháp trùng hợp khối liên tục của hãng SAMSUNG Cheil Industry Trần Quang Biển – Lớp KSTN Hóa dầu K54 Page 31 Tiểu luận tổng hợp hợp chất trung gian hóa dầu Phương pháp trùng hợp khối mặc dù không được dùng phổ biến như hai phương pháp nhũ tương và huyền phù tuy nhiên có thể áp dụng cho quy mô nhỏ và năng suất chất lượng khá cao Dưới đây là dây chuyền sản xuất Poly. .. - Dưới đây là lịch sử các phương pháp tổng hợp Metyl Metacrylat của các nhà sản xuất Trần Quang Biển – Lớp KSTN Hóa dầu K54 Page 12 Tiểu luận tổng hợp hợp chất trung gian hóa dầu Bảng 2.5: Lịch sử các phương pháp tổng hợp Metyl Metacrylat [2] 2.2.2 Sản xuất Metyl Metacylat từ Axeton và Hydrocyanua (HCN) Đây là phương pháp chính để sản xuất MMA trong công nghiệp Quá trình này đi qua 4 bước: - Bước 1:... đoạn xử lý như xử lý nhiệt, cắt thành tấm, xử lý bề mặt… và đưa về kho chứa 3.4 Tái chế nhựa Poly (Metyl Metacrylat) Nhựa Poly (Metyl Metacrylat) là loại nhựa có khả năng tái sinh Người ta đã tái chế hoặc tái sử dụng một số nguyên liệu thô Ví dụ, axit sulfuric thường được sử dụng trong quá trình ACH sản xuất Metyl Metacrylat có thể được tái chế (tái sinh) và tái sử dụng trong cùng quá trình Ngoài ra, axit... việc nghiên cứu phương pháp tổng hợp monome từ C 4 cũng nên được triển khai Phương pháp mới này khá phù hợp với đặc thù nhiều khí như ở nước ta, song cũng còn khá nhiều vấn đề cần giải quyết như chuyển hóa các parafin C 4 mạch thẳng thành dạng iso-olefin… Vì hiểu biết còn hạn hẹp, nhiều khó khăn trong quá trình tìm tài liệu, công nghệ nên tiểu luẩn Tổng hợp Poly (Metyl Metacrylat) ” còn nhiều thiếu . phương pháp tổng hợp Metyl Metacrylat - Dưới đây là lịch sử các phương pháp tổng hợp Metyl Metacrylat của các nhà sản xuất Trần Quang Biển – Lớp KSTN Hóa dầu K54 Page 12 Tiểu luận tổng hợp hợp chất. vực trên thế giới năm 2011 1.2 Phương pháp tổng hợp - Poly (Metyl Metacrylat) được tổng hợp từ nguồn nguyên liệu là Metyl Metacrylat qua quá trình trùng hợp đồng phân tử. Qua các quá trình chế. 1.3: Mô tả quy trình tổng hợp các sản phẩm PMMA Phần 2: Tổng hợp Monomer Metyl Metacrylat 2.1 Giới thiệu chung về Metyl Metacrylat 2.1.1 Tính chất vật lí, hóa học của Metyl Metacrylat Trần Quang