Bộ Khoa học công nghệ Bộ công nghiệp Tổng công ty hoá chất việt nam Viện Hoá học Công nghiệp Báo cáo khoa học Đề tài Độc lập cấp nhà nớc Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ sản xuất tricloisoxianuric axit (TCCA) Mà số: ĐTĐL 2003/01 Chủ nhiệm đề tài PGS.TS Ngô Đại Quang Hà Nội, 12/2004 Mở đầu Vấn đề khử trùng, diệt khuẩn làm môi trờng quan trọng để đảm bảo an toàn cho sống, nâng cao hiệu sản xuất công nghiệp nông nghiệp nớc ta từ trớc đến phơng pháp thông dụng thờng dùng chất khử trùng clorin dÉn xt cđa clo nh− clo láng n−íc zaven, clorua v«i, cloramin B, cloramin T, Nh−ng sư dơng hoá chất phát số nhợc điểm loại nh sau: Dùng clo lỏng trực tiếp dễ gây nguy hiểm vận chuyển sử dụng; nh dung dịch zaven chuyên chở bảo quản khó khăn hàm lợng clo hữu hiệu thấp (5%-15%); clorua vôi khó hoà tan, làm tăng độ cứng nớc bất lợi cho môi trờng, nuôi trồng thuỷ hải sản xử lý nớc sạch; cloramin B, cloramin T giá thành cao, nên sư dơng trªn diƯn hĐp xư lý dơng y tÕ, chÕ biÕn thùc phÈm Tuy nhiªn yªu cầu thiết thực sống sản xuất, sản phẩm đợc sử dụng thờng xuyên rộng rÃi với quy mô lớn, (riêng clorua vôi dùng cho thủy sản bể bơi lên tới hàng trăm nghìn tấn/năm; cloramin B T dùng tới hàng ngàn tấn/năm; nớc zaven clo lỏng dùng hàng chục ngàn tấn/năm) trừ zaven clo sản xuất nớc lại phải nhập ngoại Hiện số nớc giới nh Mỹ, Nhật Bản, Trung Quốc đà sử dụng số hợp chất hữu có chứa clo hoạt tính có nhiều u điểm ®Ĩ thay thÕ c¸c clorin nh− Tricloisoxianuric axit (TCCA) TCCA khắc phục đợc nhợc điểm nêu mà có tính khử trùng diệt khuẩn mạnh, an toàn sử dụng, vận chuyển đơn giản dễ dàng, không gây hại môi sinh, môi trờng Đồng thời sản xuất TCCA thiết lập cân clo - xút công nghiệp sản xuất xút Mặt khác nguyên liệu để sản xuất TCCA ure, clo sẵn có nớc Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn điều kiện nớc ta, Viện Hoá học công nghiệp đ đề xuất đề tài độc lập cấp Nhà nớc: Nghiên cứu xây dựng qui trình công nghệ sản xuất Tricloisoxianuric axit đ đợc Nhà nớc phê duyệt cho thực năm (2003-2004) với mục tiêu chủ yếu là: xác lập qui trình công nghệ hệ thống thiết bị sản xuất TCCA phơng pháp liên tục từ nguyên liệu nớc, tiến tới áp dụng công nghệ vào sản xuất đáp ứng nhu cầu thực tế Các nội dung đ thực TT Nội dung công việc cụ thể Thu thập tài liệu Khảo sát thị trờng tiêu thụ tricloisoxianuric axit (TCCA) nớc Nghiên cứu yếu tố cần thiết cho trình sản xuất axit xianuric (CA) Nghiên cứu công nghệ xử lí môi trờng 10 11 12 13 14 Hợp tác học tập, trao đổi nội dung khoa học công nghệ Hoàn thiện quy trình thiết kế dây chuyền công nghệ sản xuất CA Yêu cầu sản phẩm Tổng quan tài liệu Báo cáo số liệu Báo cáo liệu 6/2003 Báo cáo liệu 6/2003 10/2004 7/2003 Tìm hiểu, trao đổi công nghệ Quy trình công nghệ, dây chuyền thiết bị hoàn chỉnh Lắp đặt thiết bị sản xuất thử nghiệm 1.000kg Đạt thông số kĩ CA thuật theo thiết kế Xác định thông số kĩ thuật điều chế Báo cáo liệu muối natrixianurat Nghiên cứu thông số công nghệ cho sản Đầy đủ để áp dụng xuất TCCA sản xuất Xây dựng quy trình công nghệ sản xuất Dây chuyền hoàn TCCA Thiết kế, chế tạo, lắp đặt dây chuyền thiện, thiết bị theo thiết bị sản xuất TCCA yêu cầu cụ thể Sản xuất thử 1.000kg TCCA Đảm bảo hoạt động tốt Nghiên cứu công nghệ chế biến sản phẩm Quy trình hoàn dạng bột, viên nén thiện, phơng Xây dựng phơng pháp sử dụng sản pháp sử dụng phẩm Báo cáo kết thử nghiệm sản phẩm TCCA Các kết thử nuôi trồng thuỷ sản nghiệm, đề suất, hớng dẫn Xây dựng phơng án sản xuất 500 Phơng án tiền khả TCCA/ năm thi Báo cáo tổng kết, nghiệm thu đề tài Báo cáo liệu, sản phẩm, công nghƯ Thêi gian hoµn thµnh 3/2003 8/2003 11/2003 12/2003 4/2004 7/2004 10/2004 11/2004 11/2004 11/2004 12/2004 PhÇn 1: Tỉng quan A Tỉng quan vỊ tricloisoxianuric axit (TCCA) I C¸c tính chất hoá lý I.1 Đặc điểm cấu tạo[1-3] Tên hãa häc: 1, 3, 5-tricloro-1, 3, 5-triazin-2, 4, 6-(1H, 2H, 3H)-trion Cl Công thức phân tử: C3N3O3Cl3 O Khối lợng phân tử: 232,41 C N Cl Công thức cấu tạo: O N C N C Cl O I.2 TÝnh chÊt vật lý TCCA tồn dạng bột tinh thể hình kim, có màu trắng, hắc mùi Clo Tỷ trọng d = 0,96 g/cm3 Nhiệt độ nóng chảy từ 246-248oC Bảo quản điều kiện khô, thoáng mát không bị phân huỷ năm Hàm lợng clo hữu hiệu TCCA 90%, độ ẩm < 0,5% TCCA tan nhiều dung môi phân cực lớn nh clorua, axit vô đặc Độ tan n−íc ë 25 oC lµ 1,2%, tan n−íc gi¶i phãng axit hypocloric (HOCl) cã tÝnh diƯt trùng mạnh, pH dung dịch 1% nớc từ 2,7 - 3,0 I.3 Phổ hồng ngoại Theo kết nghiên cứu phổ hồng ngoại cho thấy TCCA có tần số hấp thụ cực đại đặc tr−ng sau: ν =1740 cm-1; 1739 cm-1 cã c−êng ®é mạnh đặc trng cho dao động hoá trị liên kết C=O = 800cm-1 tần số đặc trng cho liên kết N - Cl Đồng thời xuất pic ứng với =1335 cm-1; 1360 cm-1 =1154 cm-1 đặc trng cho liên kết N - C vòng thơm II Các phơng pháp tổng hợp [2,4-16,46] II.1 Tỉng hỵp tõ dÉn xt cđa triazin a Từ dẫn xuất amelit Quá trình điều chế TCCA từ amelit với tác nhân HOCl đợc thực theo ph¶n øng (1) Cl HO OH N C C N O N O N C C N N + HOCl C NH + H 2O + N H C Cl (1 ) Cl O Quá trình ®−ỵc thùc hiƯn ë nhiƯt ®é tõ 8-16 oC thêi gian lµ 162 phót, tû lƯ mol cđa amelit HOCl 1: 8,72, pH dung dịch phản ứng 4,2 Hiệu suất đạt 80%, hàm lợng clo hữu hiệu 91,5% b Từ dẫn xuất amelin Khi sử dụng amelin làm nguyên liệu để điều chế TCCA trình xảy theo phản ứng (2) Cl H 2N OH N C N N O N O C C C N N + H O Cl + H 2O + N H C Cl NH C (2) Cl O Nhiệt độ phản ứng (2) đợc trì khoảng 8-16oC thời gian 150 phút, tỷ lệ mol amelin HOCl 1: 9,37 Hiệu suất thu đợc đạt 93% hàm lợng clo hữu hiệu 90,2% Phơng pháp có u điểm hiệu suất cao, hàm lợng clo hữu hiệu 90% Song nguyên liệu đầu không phổ biến đợc áp dụng sản xuất công nghiệp Hiện hầu hết phát minh đà công bố giới công nghệ sản xuất TCCA từ axit xianuric với tác nhân clo hóa nh: clo, axit hipocloric hỗn hợp chúng II.2 Tổng hợp từ axit xianuric[12] a Phơng pháp dùng tác nhân HOCl Theo phơng pháp TCCA đợc tỉng hỵp trùc tiÕp tõ axit isoxianuric víi axit hypocloric (HOCl), trình xảy theo phản ứng (3) H O Cl O N C N O C N O N C C N N + HOCl H C H + H 2O Cl O C (3) Cl O Dung dịch axit HOCl có nồng độ 35 ữ 60% thích hợp 40 ữ 50% đợc cho vào bình phản ứng chứa sẵn axit xianuric Để đảm bảo cho dung dịch có pH