SAN XUÂT ETHYL ACETATE

I / GIỚI THIỆU VỀ ETYLACETAT:

Axetat etyl hay Etyl axetat là một hợp chất hữu cơ với công thức CH3CH2OC(O)CH3. Đây là một chất lỏng không màu có mùi dễ chịu và đặc trưng, tương tự như các loại sơn móng tay hay nước tẩy sơn móng tay, trong đó nó được sử dụng. Là một loại este thu được từ êtanol và axít axetic, nó thường được viết tắt là EtOAc, và được sản xuất ở quy mô khá lớn để làm dung môi.

1.Các thuộc tính:

Axetat etyl là một dung môi phân cực nhẹ, dễ bay hơi, tương đối không độc hại và

không hút ẩm. Nó là chất nhận cũng như cho liên kết hiđrô yếu. Axetat etyl có thể hòa tan tới

3% nước và nó có độ hòa trong nước là ~8% ở nhiệt độ phòng. Khi nhiệt độ tăng cao thì độ hòa

tan trong nước của nó được tăng lên. Nó có thể trộn lẫn với một số dung môi khác

như êtanol, benzen, axeton hay dietyl ete. Nó không ổn định trong dung dịch có

chứa axít hay bazơ mạnh.

2.Ứng dụng cơ bản:

Axetat etyl được dùng rộng rãi làm dung môi cho các phản ứng hóa học cũng như để thực

hiện công việc chiết các hóa chất khác. Tương tự, nó cũng được dùng trong sơn móng tay và

thuốc tẩy sơn móng tay hay dùng để khử cafêin của các hạt cà phê hay lá chè.

Axetat etyl cũng có mặt trong một số loại kẹo, hoa quả hay nước hoa do nó bay hơi rất nhanh

và để lại mùi nước hoa trên da. Nó cũng tạo ra hương vị tương tự như của các loại quả đào, mâm

xôi hay dứa. Đây là một đặc trưng của phần lớn các este.

Axetat etyl cũng có mặt trong rượu vang. Nó được coi là một chất gây ô nhiễm khi ở nồng độ

cao, khi các loại rượu vang để lâu trong không khí. Ở nồng độ cao trong rượu vang, nó được coi

là chất tạo ra mùi vị lạ, là vị chua bất thường do bị thủy phân dần dần để trở thành axít axetic

Axetat etyl là một chất độc có hiệu lực để sử dụng trong thu thập và nghiên cứu côn trùng.

Trong các lọ chứa axetat etyl, hơi của nó sẽ giết chết côn trùng rất nhanh mà không làm hỏng

hình dạng của chúng. Do không hút ẩm nên axetat etyl cũng giữ cho côn trùng đủ mềm để có thể

thực hiện các công việc ép xác tiếp theo.

II. SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ VÀ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ :

Sơ đồ công nghệ sản xuất etyl acetat

Thiết bị

chưng cất

Thiết bị

phản ứng

Thiết bị phân tách

lớp

Dung dịch sôđa 10%

Dung dịch rửa

Thiết bị

chưng cất

Sản phẩm

Thuyết minh quy trình công nghệ sản xuất etylacetat

Từ acid acetic,etanol,acit sunfuric được cho chậm chậm ,được đưa vào thiết bị phản ứng tạo ester,ở thiết bị phản ứng duy trì nhiệt độ 1000C thu được sản phẩm ethyl acetate,nước và lượng dư acid acetic,etanol,và H2SO4

Ta đưa vào tháp chưng cất, (chưng cất hôn hợp ở nhiệt độ tháp 900C),thu được hôn hợp đẳng phí gồm nước, etyl acetat, acid acetic

Sản phẩm còn lại gồm ester và etanol ,acid acetic cho dẫn qua thiết bị tach lớp ,ở đây người ta cho thêm dung dịch Na2CO3 vào để rửa sạch sản phẩm,loại bỏ etanol ,loại bỏ acidacetic.Tại thiết bị phân tách lớp thu được 2 pha : pha hữu cơ chứa >95% ester và dung dịch rửa bao gồm dung dịch Na2CO3,rượu, acid ,đưa sản phẩm hữu cơ vào thiết bị chưng cất thu tất cả các sản phẩm là hôn hợp cộng phí có nhiệt độ nhỏ hơn 700C để loại bỏ phần etanol và nước sau phản ứng còn lại cho ra sản phẩm etyl acetate tinh khiết hơn

III. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ

Phản ứng tạo etylacetat là phản ứng thuận nghịch bậc 2 . Giả sử phản ứng sảy ra ở nhiệt độ không đổi 1000C trong bình phản ứng hoạt động gián đoạn. Dòng nhập liệu ban đầu chứa với xúc tác là HCl có nồng độ 30% .

Phương trình phản ứng:

CH3COOH + C2H5OH CH3COOC2H5 + H2O

K1 là hằng số tốc độ phản ứng của phản ứng thuận

K2 là hằng số tốc độ phản ứng của phản ứng nghịch

Các giá trị K, K lần lượt như sau:

K1 = 4.76.10-4(l/mol.ph)

K2 =1.63.10-4 ( l/mol.ph)

I) Tính độ chuyển hóa tối đa của phản ứng

II) Tính thời gian cần thiết để độ chuyển hóa đạt

III) Xác định thể tích bình phản với xuất lượng este thu được là 50kg/h. thời gian đoạn giữa hai

mẻ là 0.5 h

IV) Tính toán bề dày của thiết bị phản ứng

Giải:

I)Tính độ chuyển hóa tối đa:

Theo phương trình vận tốc dạng tích phân của phản ứng thuận nghịch bậc 2 :

= 2.K1( t

ta có :

KC =

Thay giá trị K1,K2 vào KC= 2.92

Vậy độ chuyển hóa tối đa là: XAe =0.63

II) Tính thời gian cần thiết để độ chuyển hóa đạt 50%

Vì nhập liệu ban đầu chứa 3 mol etanol/1 mol acid acetic do đó tính toán các thông số theo acid

acetic

CH3COOH + C2H5OH CH3COOC2H5 + H2O

Ban đầu: 1 mol 3mol 0mol 0 mol

Phản ứng: x mol x mol x mol x mol

Sau phản ứng : 1-x mol 3-x mol x mol x mol

Phương trình vận tốc của phản ứng có dạng :

-r A = K1 CCH3COOH CC2H5OH –K2 CCH3COOC2H5 CH2O

Vậy vận tốc của phản ứng sẽ là: -r A = C2Ao (4.76.10

-4(1-x)(3-x) – 1.63.10

-4 x

2)( mol/ l phút) x là độ

chuyển hóa của axid acetic

Khối lượng riêng của môi cấu tử ở 100 0C như sau: aciacetic = 0.958g/m

l, etanol= 0.716 g/ml, etylacetat =0. 800g/ml

Khối lượng riêng của hôn hợp phản ứng coi như không đổi là 0.7765(g/ml)

CA0 = =0.0039(mol/ml)= 3.9 (mol/l)

Thời gian phản ứng được xác định theo công thức:

= 2.K1( t

Thời gian phản ứng để độ chuyển hóa là 50% :

t= 632 phút

Thời gian phản ứng là 10.5 h là rất lớn. do đó thay vì dùng xúc tác HCl 30% ta dùng H2SO4 đậm

đặc hút lượng nước sinh ra sau phản ứng. Giả sử lượng nước sinh ra sau phản ứng bị hút hết. Vậy

phương trình vận tốc của phản ứng là: - r A = C2Ao. 4.76.10

-4(1-x)(3-x)

t = CAo

t = ln =137,59 (ph)

0.5

0

vậy thời gian phản ứng: t = 137.59 ph

III)xác định thể tích bình phản ứng:

Gọi mA là khối lượng acidacetic cho vào bình nhấp liệu ta có phương trình:

=50

mA = 190,23kg (acidacetic / mẻ)

vậy tổng khối lượng nhập liệu :

190,23+ .3.46 =627 (kg)

Vậy thể tích hôn hợp phản ứng chứa trong bình :

V=627/0,7765= 807.5(l)

Do đó khi thiết kế thiết bị có thể tích tối thiểu của bình phản ứng là 807.5(l)

IV) Tính toán bề dày của thiết bị phản ứng:

Thể tích của thiết bị phản ứng là 1000(l)

chọn H=2D , đáy nắp elip tiêu chuẩn h= 0.25 D

V= V1+V2+V3

V1+V3= 4/3 .Π R.R. h= 4/3 Π D/2. D/2. 0.25D

V2= Π R2H =2 Π R3 = ΠD3/2

V2

P3

V3

V1

V3

P1

P2

Vậy D=0.817( m =>H = 1.64 (m)

Gia nhiệt băng hơi nước bão hòa 120 0C với áp suất là 2.025 kg/cm2

Giả sử áp suất trong bình phản ứng là 1.9 kg/cm2

1. Chọn vật liệu chế tạo thiết bị:

Thiết bị chứa acid sunfuric có tính ăn mòn cao chọn vật liêu chế tạo thiết bị là

OX18H10T

2. Các thông số tính toán:

Áp suất tính toán : áp suất khí quyển P1, P2=2.025 kg/cm2, P3= 1.9 kg/cm2

Nhiệt độ tính toán 120oC là nhiệt độ của hơi nước bão hòa

3. Tính toán thiết bị:

Tính toán thân thiết bị:

Thân của thiết bị chiụ áp suất ngoài là 2.025kg/cm2= 1.987N/mm2

Chuị áp suất trong là 1.9 kg/cm2=1.8639 N/mm2

Tính toán thân thiết bị chịu áp suất trong:

Ở 1200C = 120N/mm2 với η= 1

Ta tính giá trị của biểu thức : . φh

. φh= 64.38 > 25

S’ = = 6,35 (mm)

S = 8.75( mm)

thay số ta có [P]= 2.173 N/mm2 thỏa

Tính toán thân thiết bị chịu áp suất ngoài:

Khi thân trụ lắp với hai đáy elip thì:L= 2.0,817+1/3. 0.25. 0.817=1,702(m)

Et= 2.105 (N/mm2)

S’= 13 mm

Vậy S= 15 mm

Tính giá trị biểu thức

= 21,5

= 0.1

= 2.083

Biểu thức thỏa

Kiểm tra tính thiết bị:

σc = 220 N/mm2

= 1.02

= 2.083

Vậy biểu thứ > thỏa .Vậy bề dày của thân thiết

bị là 15 mm

Tính bề dày của đáy:

Đáy của thiết bị chịu áp suất ngoài là 2.025kg/cm2= 1.987N/mm2

Chịu áp suất trong là 1.9 kg/cm2=1.8639 N/mm2

Trường hợp đáy chịu áp suất trong

ở 1200C = 120N/mm2 với η= 1

ta tính giá trị của biểu thức : . φh

thay các giá trị vào ta được : . φh= 64.38 > 25

vậy

thay các giá trị vào ta được S’= 7.65.10-3 m= 7.65 mm

→ S= 10 mm

Kiểm tra áp suất cho phép

thay số ta có [P]= 2.173 N/mm2 thỏa

Trường hợp đáy chịu áp suất ngoài:

Rt/S=Dt/S= 57.94

X= 0.9

Tính biểu thức

vậy β=1.36

[P]= = 5,255 thỏa điều kiện bền

Vậy bề dày đáy, thân , nắp của thiết bị là 15 mm

IV:Một số phương pháp nhăm tăng năng suất quy trình tông hơp etyl acetat:

Thường có ba phương pháp cơ bản để nâng cao hiệu suất:

- Cho một lượng dư tác chất như etanol hay acid acetic (thông thường người ta dùng lượng dư etanol).Làm cho cân bằng chuyển dịch về bên phải.Có thể làm tăng hiệu suất ester.

- Phương pháp tách nước:làm cho phản ứng chuyển dịch về bên phải (do thiếu hụt một lượng nước phản ứng có xu hướng tạo nước),chúng ta có thể chưng cất đẳng phí hai cấu tử.Hay cho vào lượng dư acid sunfuric (hút nước)

- Tạo hôn hợp đảng phí ba cấu tử etyl acetat – etanol – nước.Phương pháp thường được sử dụng trong công nghiệp,loại nước hoặc ester.

Trước hết xét việc loại nước ra ngoài: Dùng dư lượng etanol liên tục chưng cất kéo ra,etanol kéo theo cả nước ra cùng,vì etanol tạo với nước một hôn hợp sôi đẳng phí hai cấu tử,với việc thường xuyên bị cất ra cùng với etanol làm cho lượng nước trong hôn hợp giảm,lượng etyl acetat tăng lên.Cất nước ra khỏi phản ứng nhờ việc cho thêm dung môi trơ không hoà tan với nước tạo hôn hợp sôi ba cấu tử nước – etanol – dung môi trơ,có nhiệt độ sôi thấp hơn nhệt độ sôi của nước,cất loại chúng ra khỏi phản ứng ở nhiệt độ này,hôn hợp được cất ra ngưng tụ làm lạnh tách thành hai pha ,pha nước loại ra ngoài,pha hữu cơ có chứa etanol quay lại thiết bị phản ứng ester hoá.Các dung môi trơ thường được sử dụng đó là benzen,toluen,cloroform,dicloetan,tetracloruacacbon…

Cất ester ra ngoài: chưng cất hôn hợp đẳng phí ba cấu tử,chưng cất ester ra được ngưng tụ làm lạnh,phân pha tách ra ester

Đặc trưng của các nguyên liệu thành phẩm:- Axit axetic có nhiệt độ sôi là 118,50C,etanol là 78,390C,etyl axetat sôi ở 770C,điểm sôi

đẳng phí của ba cấu tử ester,etanol,nước là 700C,chúng có thành phần là 832% ester,9% etanol;7,8%nước

- Điểm sôi đẳng phí hai cấu tử nước,etanol là 78,20C. Ester,etanol là 71,80C. Ester,nước là 70,50C

V. tai