Tiểu luận hợp chất trung gian
I. Giới thiệu về cao su buna S
1. Thành phần hóa học
Công thức

2. Lịch sử phát triển
- Cao su styren-butađien còn gọi là cao su buna S là một loại cao su
tổng hợp. Nó được viết tắt là SBR ( Styrene Butadiene Rubber) là
chất đồng trùng hợp từ 2 đồng phân là butadiene và styren. Nó
được nhà hóa học người Đức Walter Bock tổng hợp thành công lần
đầu tiên vào năm 1929 bằng phương pháp polymer nhũ tương hai
cấu tử này. Nó cũng là loại cao su tổng hợp đầu tiên có khả năng
sử dụng ở quy mô kinh tế-thương mại.
3. Ứng dụng trong thực tế
- SBR là loại cao su tổng hợp được sử dụng nhiều nhất chiếm hơn
45% tổng lượng cao su tiêu thụ trên toàn cầu. Trong đó, ứng dụng
sản xuất lốp xe là nhiều nhất và tiêu thụ trên 75% lượng SBR sản
xuất trên thế giới.
- Ngoài ra, SBR còn được ứng dụng làm nguyên liệu để sản xuất rất
nhiều vật dụng khác như giày dép,chất kết dính, các thiết bị máy
móc: trục máy in, tấm lót bàn phím, tấm đệm, ….
4. Tính chất
- Nhiệt độ chuyển tiếp thủy tinh (Tg) của SBR vào khoảng -55
o
C
phụ thuộc vào hàm lượng styrene.
- Nhiệt độ sử dụng : -40 đến 100
o
C
- Độ giãn dài (%) : 450-500
5. Nhu cầu sử dụng

craking. Tại Mỹ, nó có thể được sản xuất bằng cách dehydro hóa n-butan và
đặc biệt là n-buten trong phân đoạn C
4
từ cracking xúc tác
1.1. Dehydro hóa xúc tác trực tiếp
Butadien từ dehydro hóa vẫn cung cấp 1/15 sản lượng trên tòan thế giới năm
1981, nhưng đến năm 1990, phương pháp tổng hợp này gần như không còn xuất
hiện. Đầu tiên là từ buten, sau đó từ butan trong 2 giai đoạn với nguyên liệu
trung gian là buten và cuối cùng trong 1 giai đoạn
1.1.1. Dehydro hóa buten có xúc tác
[Type text] Page 2
Tiểu luận hợp chất trung gian
a.Các điều kiện của quá trình
Buten chỉ có trong hỗn hợp trong phân đoạn C
4
(25 đến 45 phần trăm
khối lượng) gồm n-buten, iso-buten, n-butan và iso-butan. Để đạt yêu cầu
cho quá trình dehydro hóa, nồng độ n-buten trong nguyên liệu phân đoạn C
4
phải ít nhất 70%, có thể là 80-95%. Bởi vì từ sự chuyển hóa buten thành
butadien chỉ xảy ra một phần trong mỗi đoạn xúc tác, phần chưa chuyển hóa
phải được tuần hoàn lại. Vì thế các hydrocacbon C
4
phải được giới hạn đến
mức có thể, để tránh làm mất một số lượng buten chưa được chuyển hóa
trong phần cặn.
Sự dehydro hóa xảy ra theo phản ứng sau:

2 2 3
2 2 2

3
/Cr
2
O
3
Shell
205
Fe
2
O
3
/Cr
2
O
3
Dow B
Ni và
Ca
3
(PO
4
)
2
Phillips
1490
Fe
2
O
3
/bô-

0,18
8/1
≈500
26 – 28
73 – 75
1 đến 24
giờ
600 -
680
0,16 –
0,2
20/1
125 –
175
Đến 45
90
15 đến
30 phút
620 - 680
0,15 – 0,18
9 – 12/1
300 – 400
27 – 33
69 – 76
Không
b. Quy trình
Quá trình dehydro hóa n-buten có sự có mặt của hơi nước được phát triển
ban đầu bởi Esso, Shell và Phillips. Quy tắc chung của các quá trình này,
hỗn hợp đầu đã được gia nhiệt trộn với hơi nước quá nhiệt, sau đó đến thiết
bị phản ứng đoạn nhiệt có chứa xúc tác có chiều dày từ 80 đến 90 cm. Nhiệt

Phản ứng là thu nhiệt và chuyển hóa thuận nghịch. Ở 600
0
C và áp suất
khí quyển, phản ứng 1 đạt độ chuyển hóa là 57,7%, và phản ứng 2 là 15,9 %.
Ở áp suất 10 kPa và cùng nhiệt độ, độ chuyển hóa là 45,4% cho phản ứng 2.
Quá trình dehydro hóa, xúc tác phải được hoạt hóa đầy đủ để thời gian
tiếp xúc ngắn và sử dụng ở nhiệt độ thấp, để giảm thiểu phản ứng cracking
nhiệt. Sự hình thành C được loại bỏ bởi nhiệt với sự có mặt của khí có chứa
oxi. Điều đó có nghĩa là xúc tác phải được ổn định nhiệt để tránh sự mất
hoạt tính trong quá trình oxi hóa. Những xúc tác tốt nhất chứa nhôm oxit và
crom oxit nhưng chúng lại không hoạt động với sự có mặt của hơi nước.
Quá trình xảy ra ở nhiệt độ khoảng 550 đến 700
0
C và áp suất thấp, từ 0,1.10
6
Pa
b. Quy trình
- Công nghệ của UOP
[Type text] Page 5
Tiểu luận hợp chất trung gian
Kế hoạch sản xuất công nghiệp đầu tiên của quá trình dehydro hóa butan
thành buten được xây dựng bởi UOP (Universal Oil Products) trong ICI
(Imperial Chemical Industries) kết hợp với Billingham (United Kingdom)
vào năm 1939/1940. Công nghệ UOP nổi bật với thiết bị phản ứng họat động
với xúc tác Cr
2
O
3
/Al
2

Pa
Tốc độ không gian…………… 700 h
-1
Độ chuyển hóa………………… 30%
Độ chọn lọc mol………………….80%
Nguyên liệu đầu bao gồm 98% n-C
4
được làm khô. Quá trình là tuần hoàn
và các phản ứng thực hiện luôn phiên 1giờ dehydro hóa và 1 giờ tái sinh. Sự
tái sinh xảy ra ở 0,7.10
6
Pa, với khí có chứa 2 đến 3%
[Type text] Page 6
Tiểu luận hợp chất trung gian
Ngày nay, butan có thể được dehydro hóa bởi công nghệ mới Star process,
có sự dehydro hóa propan và sản xuất iso-buten
- Công nghệ catadien Houdry (Air Products)
Công nghệ này được sử dụng phổ biến nhất để sản xuất butadien bằng
phương pháp dehydro hóa. Sử dụng nguyên liệu chứa 95% hoặc hơn n-C
4
,
sản xuất ra một hỗn hợp buten và butadien trong 1 giai đoạn. Butadien được
tách ra, buten và butan chưa phản ứng thì được tuần hoàn lại. Xúc tác, Al
2
O
3
đã họat hóa chứa 18 đến 20% khối lượng Cr
2
O
3

tác. Thời gian tiến hành chuyển hóa này là ít nhất 3-5 phút. Do đó một chu
trình kéo dài từ 15 đến 30 phút.
[Type text] Page 7
Tiểu luận hợp chất trung gian
Bằng cách điều chỉnh chiều dài của quá trình chuyển đổi, hệ thống liên tục
có thể vận hành với ít nhất 3 thiết bị phản ứng (phản ứng, tái sinh và phân
tách). Để tăng năng suất, có thể sử dụng 5 thiết bị phản ứng.
1.1.3. Dehydro hóa có sự có mặt của oxi
Phương pháp này có 2 cách:
- Sự kết hợp của hydro với iot, được tái sinh bằng xử lý oxi. Giải pháp này,
được nghiên cứu bởi Shell trong công nghệ Idas, không được đưa ra công
nghiệp vì sự ăn mòn và mất iot
- Dehydro hóa bằng oxi, tạo ra nước:
Phản ứng xảy ra ở 400-600
0
C, 0,15.10
6
Pa, có sự có mặt của xúc tác trên
bismuth molipden và photphat, pha với các kim loại chuyển tiếp. Quá trình
được tiến hành với tỷ lệ mol của oxi trên buten là khoảng bằng 1 và của hơi
nước trên buten là 30-50. Độ chuyển hóa một lần là trên 60% và độ chọn lọc
mol của butadiene là 95%.
Nếu quá trình này so sánh với quá trình dehydro hóa trực tiếp, sự thêm vào từ
10 đến 20% thể tích oxi vào nguyên liệu đầu để tăng năng suất của sản phẩm ít
[Type text] Page 8
Tiểu luận hợp chất trung gian
nhất là 25%, bằng cách tăng sản lượng 1 lần. Việc sử dụng oxi có những tác
dụng:
- Sự dịch chuyển cân bằng bằng cách kết hợp với hydro sinh ra trong phản
ứng

trong nguyên liệu đầu
- Vai trò của dung môi là hấp thụ butadien và cho phép các hợp chất
khác đi vào phần cất
Do vậy dung môi phải đáp ứng được các điều kiện sau:
- Có độ chọn lọc cao với diolefin, mà không chọn lọc đối với axetylen và
olefin, nghĩa là dung môi phải có khả năng làm tăng sự khác nhau về độ bay
hơi tương đối của các cấu tử khác nhau trong phân đoạn được xử lý.
- Có khả năng hòa tan cao: khả năng này bị giảm trong hầu hết các tác nhân
trích ly, đối với hydrocacbon có cùng số nguyên tử cacbon, khả năng hòa tan
giảm dần từ axetylen đến dien và đến olefin
- Dễ tiến hành: độ nhớt thấp, độ chênh lệch điểm sôi so với butadien khá lớn,
không tạo đẳng phí hoặc không phản ứng hóa học với các cấu tử trong hỗn
hợp cần tách
- Độ bền tốt trong điều kiện tách: dung môi phải bền nhiệt, độ ăn mòn thấp,
khả năng bắt cháy thấp, phải hòa tan hoàn toàn với nước…
- Sẵn có và giá cả hợp lý
[Type text] Page 10
Tiểu luận hợp chất trung gian
Việc lựa chọn dung môi phụ thuộc vào tính chất và hiệu quả kinh tế của công nghệ
sử dụng.
1.2.2. Quá trình tách butadien từ phân đoạn C
4
của quá trình steam
cracking trong công nghiệp
A. Hydro hóa chọn lọc các hợp chất axetylen trong nguyên liệu đầu
Công đoạn này là cần thiết đối với quá trình trích ly butadien bằng muối amoni
đồng (I), nhưng nó không thực sự cần cho quá trình tách butadien bằng chưng
trích ly. Tuy nhiên, nếu sử dụng quá trình chưng trích ly, công đoạn xử lý hydro
hóa này có thể giúp cho quá trình tách dễ dàng hơn và tăng được lượng
butadien thu hồi. Ngoài ra, công đoạn hydro hóa cũng làm giảm các hợp chất

• Tinh chế butadien bằng chưng cất có mặt chất ức chế trùng hợp butadien
(t-butylpyrocatehol)
[Type text] Page 11
Tiểu luận hợp chất trung gian
C. Chưng trích ly
Về nguyên tắc, các quá trình công nghiệp tách butadien bằng phương pháp
chưng trích ly đều bao gồm các bước chính sau:
• Chưng trích ly trong một hoặc hai tháp, tất cả các hợp chất axetylen và
butadien đều được đi vào phần trích. Nếu quá trình tiến hành trong hai
tháp, buten được tách trong tháp thứ nhất, sau đó các hợp chất axetylen
được tách trong tháp thứ hai
• Thu hồi dung môi đã sử dụng bằng cách bay hơi
• Chưng siêu phân đoạn phần trích để tách loại các hợp chất axetylen và
buten
• Rửa nước phân đoạn đã tách butadien để thu hồi dung môi rửa
Các hãng đầu tiên sử dụng công nghệ này bao gồm
a. Shell
Ban đầu hãng Shell sử dụng dung môi là axeteon, sau đó vào năm 1956, dung
môi này được thay thế bằng axetonitril. Công nghệ này sử dụng một tháp chưng
trích ly
b. Phillips
Hãng Phillips áp dụng công nghệ chưng trích ly vào công nghiệp từ những năm
1940, sử dung dung môi furfural. Công nghệ bao gồm 1 tháp trích ly/ tái sinh và
1 tháp tái chế.
c. Nippon Zeon
Công nghệ tách butadien của Nippon Zeon sử dụng dung môi dimetylformamit
được đưa vào ứng dụng trong công nghiệp từ năm 1965.
[Type text] Page 12
Tiểu luận hợp chất trung gian
Công nghệ này bao gồm hai tháp trích ly và tái sinh riêng rẽ. Phân đoạn C

môi N-metylpyrolidon là một trong những công nghệ được sử dụng rộng rãi
nhất hiện nay. Công nghệ này dựa trên nguyên tắc tương tự như các công nghệ
khác, nhưng khác các công nghệ khác ở thực tế họat động như được chỉ ra ở
hình sau:
Quá trình được chia làm ba bộ phận:
• Tháp hấp thụ: Trong tháp này các hợp chất axetylen, butadien và một lượng
nhỏ buten được hấp thụ khỏi nguyên liệu đầu trong thiết bị khí/lỏng ngược
dòng với dung môi N-metylpyrolidon chứa 80% khối lượng nước. Quá trình
được tiến hành trong tháp với 80 đĩa, làm việc ở nhiệt độ 45 – 55
0
C và 0,4 –
0,6 MPa, nguyên liệu đầu được bay hơi bằng cách trao đổi nhiệt tận dụng
nhiệt của dòng dung môi tuần hoàn nóng và được đưa vào đáy tháp. Dung
môi N-metylpyrolidon được đưa vào ở đỉnh tháp. Các khí không hấp thụ
(chủ yếu là butan và buten) thu được ở đỉnh tháp.
• Tháp tinh chế: Phân đoạn buten hòa tan vào dung môi được tác ra khỏi dụng
môi chảy ngược dòng với hơi butadien. Sản phẩm buten có lẫn butadien thu
[Type text] Page 14
Tiểu luận hợp chất trung gian
được ở đỉnh tháp được đưa trở lại tháp hấp thụ. 1,3 butadien có lẫn một số
lượng nhỏ axetylen, không có lẫn olefin được lấy ra khỏi tháp tinh chế ở
cạnh sườn. Tháp tinh chế có khoảng 45 đĩa, nhiệt độ đáy tháp khoảng 75
0
C,
áp suất 0,7 MPa.
• Tháp tái sinh: Tháp tái sinh bao gồm 3 lớp đệm, nhiệt độ ở đỉnh tháp khoảng
45
0
C, đáy tháp 150
0

4
được xử lý trong thiết bị chưng trích ly theo
chế độ ngược dòng. Tháp gồm 90 đĩa, làm việc ở nhiệt độ 45 – 70
0
C, áp suất
0,5 – 0,6 MPa. Buten và butan không hấp thụ thu được ở đỉnh tháp
[Type text] Page 15
Tiểu luận hợp chất trung gian
Phần trích được tách khí olefin hòa tan, được nén và tuần hoàn lại tháp chưng
trích ly. Phân đoạn lỏng giàu butadien và hợp chất axetylen được gia nhiệt và
đưa sang tháp tái sinh với 20 đĩa làm việc ở áp suất 0,2 MPa, nhiệt độ 90
0
C ở
đỉnh tháp và 150
0
C ở đáy tháp. Dung môi sau khi làm sạch được tuần hòan.
Phần cất ở đỉnh tháp được làm lạnh, ngưng tụ, phần lỏng được hổi lưu, phần khí
được nén lại và một phần được tuần hoàn lại tháp hấp thụ. Sản phẩm butadien
thô được làm sạch khỏi các tạp chất metylaxetylen và hydrocacbon nặng bằng 2
tháp chưng cất đơn giản với 40 và 110 đĩa, với sự có mặt của chất ức chế t-
butylpyrocatechol
f. Công nghệ UOP KLP
Công nghệ UOP’s KLP giúp các công ty sản xuất sản phẩm hóa dầu tăng nhu
cầu về butadien
2. Sản xuất styrene
Quá trình :

2.1. Quá trình sản xuất Etylbenzen từ Benzen.
Alkl là quá trình đưa nhóm alkyl vào phân tử hợp chất hữu cơ hoặc vô cơ. Đây là
loại phản ứng dùng để đưa các nhóm alkyl vào hợp chất thơm, isoparafin,

Tiểu luận hợp chất trung gian
Ethylen (IUPAC tên: ethene) là một hydrocarbon với các công thức C
2
H4. Nó là
một chất khí dễ cháy không màu có mùi ngọt ngào.
Bảng 3: Tính chất vật lý của Ethylen
Công thức phân tử C
2
H
4
Phân tử gam 28.05 g/mol
Bề ngoài Khí không màu
Tỷ trọng 1.178 kg/m
3
at 15 °C, khí
Điểm nóng chảy
−169.2 °C (104.0 K, -272.6 °F)
Điểm sôi
−103.7 °C (169.5 K, -154.7 °F)
Độ hòa tan trong nước 3.5 mg/100 mL (17 °C)
Độ hòa tan trong Ethanol 4.22 mg/L
Độ hòa tan trong diethyl ether Tốt
Độ axit ( pKa) 44
2.1.2 Tính chất hóa học của nguyên liệu.
a. Tính chất hóa học của Benzen.
[Type text] Page 18
Tiểu luận hợp chất trung gian
Benzen là một nguyên liệu rất quan trọng trong công nghiệp hóa chất. Những
nguyên tử hydro trong benzene dễ bị thay thế bằng clo và các halogen khác, bằng
các nhóm sunfo-, amino-, nitro- và các nhóm đính chức khác.

(đặc) C
6
H
5
– NO
2
+ H
2
O
• Phản ứng cộng :
Cộng H
2
: tạo thành xiclohexan.
C
6
H
6
+ H
2
C
6
H
12
Cộng Cl
2
: tạo thành 6.6.6.
C
6
H
6

=CH
2
+ Cl
2
CH
2
Cl= CH
2
Cl
O
• Phản ứng oxy hóa: CH
2
=CH
2
+ 1/2O
2
CH
2
-CH
2
[Pd, Cu]
• Cacbonyl và oxy hóa : CH
2
=CH
2
+ CO + ½ O
2
CH
2
=CH-

phản ứng chính, một số phản ứng phụ cũng xẩy ra đồng thời, như alkyl hóa nối tiếp
tạo sản phẩm polyalkylbenzen, tách nhóm alkyl, phân bố lại và isome hóa.
Ở áp suất khí quyển, alkyl hóa benzene có thể thực hiện ở 500
o
C. Tuy nhiên, để
hạn chế các sản phẩm phụ, quá trình thường tiến hành ở nhiệt độ thấp hơn và có
thể dưới áp suất.
Để thúc đẩy quá trình chuyển hóa, các hệ xúc tác thường được sử dụng:
• Dạng huyền phù hoặc trong pha phân tán ( axit Lewis AlCl
3
).
• Dạng xúc tác axit rắn mang trên chất mang ( oxy silic-oxyt nhôm,
H
3
PO
4
/kizengua, BF
3
/Al
2
O
3
biến tính).
• Dạng zeolite ZSM-5, zeolite Y, zeolite beta, EBZ-500
TM
.
Quá trình cũng có thể thực hiện ở nhưng điều kiện công nghệ như pha lỏng và
pha khí có sử dụng xúc tác.
Để nâng cao hiệu suất sản phẩm chính, hạn chế sự hình thành các dẫn xuất
polyalkyl, người ta sử dụng lượng dư benzene trong quá trình phản ứng. Phần

trong phản ứng là rất nhanh chóng và sản xuất sản lượng
gần như cân bằng hóa học của ethylbenzene. Ngoài AlCl3, một loạt chất xúc tác
axit Lewis, bao gồm cả AlBr3, FeCl3, ZrCl4, và BF3, đã được sử dụng. Trong xúc
tác có bổ xung thêm một lượng nhỏ HCl để hoạt hóa AlCl
3
.
Trong thực tế, các hệ xúc tác được chuẩn bị ở dạng phức “đỏ”, ít hòa tan trong
các HC, chứa 25 – 30% KL AlCl
3
đã được hoạt hóa, kết hợp với 45 – 50% KL
benzene/etylbenzen và khoảng 25% các HC phân tử lượng lớn
Ngoài ra, các quy trình truyền thống thường sử dụng một lò phản ứng duy nhất
để alkylate benzene và transalkylate polyalkylbenzenes.
Thế hệ công nghệ thứ nhất vận hành ở điều kiện áp suất 0,15 MPa, nhiệt độ 80 –
110
o
C, tách nhiệt phản ứng bằng bay hơi benzene. Thế hệ thứ hai tiến hành ở điều
kiện áp suất cao hơn, khoảng 1MPa và nhiệt độ 160 – 180
o
C, quá trình trao đổi
nhiệt diễn ra trực tiếp trong pha lỏng của dòng sản phẩm lấy ra ở cạnh tháp, được
qua thiết bị trao đổi nhiệt và tuần hoàn trở lại. Nhiệt độ của phản ứng không được
[Type text] Page 22
Tiểu luận hợp chất trung gian
quá cao để tránh tạo quá nhiều polyetylbenzen và cốc gây cản trở quá trình phân
tách.
Bởi vì hỗn hợp xúc tác có tính ăn mòn cao nên các lò phản ứng alkyl hóa đước
lót một lớp vật liệu chịu ăn mòn hoặc thành thiết bị làm bằng thủy tinh. Các ống
dẫn cũng được làm bằng hợp kim chống ăn mòn làm cho chi phí xây dựng và bảo
dưỡng cao.

hiện trong hoạt động thương mại vào năm 1990, nhà máy đầu tiên được vận hành
bởi Nippon SM tại Oita, Nhật Bản theo giấy phép của ABB Lummus toàn cầu và
Unocal. Quá trình này đã sử dụng zeolite Y và zeolite beta.
Hiện nay, UOP có phát triển công nghệ Lummus/UOP EBOne
TM
sử dụng xúc tác
zeolite EBZ – 500
TM
được giới thiệu vào năm 1988 và bắt đầu đi vào sản xuất từ
năm 1996. Tính chọn lọc cao của xúc tác đã cải thiện đáng kể năng suất do giảm
được các sản phẩm phụ của quá trình alkyl hóa. Trên thế giới hiện nay có 12 nhà
máy đã sử dụng công nghệ này.
[Type text] Page 24
Tiểu luận hợp chất trung gian
Quá trình Lummus / UOP EBOne cung cấp:
• Năng suất EB cao (99,6 + wt%) cho sản phẩm EB có chất lượng cao với chi
phí sản xuất tối thiểu.
• EB sản phẩm tinh khiết cao (99,9%, không thể phát hiện được Xylen) cho
Styrene monomer có độ tinh khiết cao.
• Thép chống ăn mòn không dùng trong quá trình, để giữ cho chi phí đầu tư
thấp.
• Chất xúc tác ổn định lâu dài cho chi phí sản xuất thấp hơn.
• Tỷ lệ benzen và polyethylbenzene tái chế thấp hơn.

Ethylene nguyên liệu:
• Ethylene 99,9 vol% min
• Acetylene 10 ppm max% vol
• Dienes 1 ppm max% vol
• Propylene 25 ppm vol-% max
• C3 và phần nặng hơn 100 ppm max% vol