T I Ể U L U Ậ N H Ợ P C H Ấ T TR U N G G I A N
MỞ ĐẦU
Polystyren (PS) thuộc nhóm nhựa nhiệt dẻo bao gồm PE, PP, PVC . Do có những tính
năng đặc biệt của nó PS ngày càng được sử dụng rộng rãi trong đời sống cũng như trong
kỹ thuật.
Polystyren lần đầu tiên được tìm thấy qua các dấu vết trong nhựa hổ phách , khi chưng
cất với nước thì tạo thành vật liệu dạng lỏng có mùi khó chịu và tỷ lệ thành phần nguyên
tử C và H giống như trong benzen.
Năm 1831 Bonastre đã chiết tách ra Styren lần đầu tiên.
Năm 1839 E.Simon là người đầu tiên xác định được tính chất của Styren và ông đã đặt
tên cho monome. Ông đã quan sát được sự chuyển hoá từ từ của Styren trong dung dịch
lỏng nhớt ở trạng thái tĩnh.
Năm 1845 hai nhà hoá học người Anh là Hoffman và Btyth đã nhiệt phân monome
Styren trong một cái ống thuỷ tinh được bịt kín đầu ở 200
o
C và thu được một sản phẩm
cứng gọi là meta-styren .
Năm 1851 Bertherlot sản xuất ra Styren bằng cách nhiệt phân các hydrocacbon trong
một cái ống nóng đỏ để khử hyđro . Phương pháp này là cách thông dụng nhất để sản xuất
Polystyren thương phẩm.
Năm 1911 F.E Matherws Filed British đã cho biết điều kiện nhiệt độ và xúc tác cho quá
trình tổng hợp PolyStyren tạo thành loại nhựa cơ bản cho quá trình sản xuất các vật phẩm
mà từ rất lâu đời chúng được làm từ xenllulo,thuỷ tinh, cao su cứng, gỗ.
Năm 1925 lần đầu tiên Polystyren thương phẩm được sản xuất ra bởi công ty Naugck
Chemical sản xuất nhưng nó chỉ phát triển trong một thời gian ngắn .
Năm 1930 Farbenindustry in Germany đã bắt đầu gặt hái được những thành công trong
công việc kinh doanh cả monome và polyme thương phẩm với sản lượng 6000 tấn/tháng
bằng cách alkyl hoá với nhôm clorua tinh chế bằng phương pháp chưng cất nhiều lần .
Phạm Minh Đức – KSTN – Hóa dầu – K54 1
T I Ể U L U Ậ N H Ợ P C H Ấ T TR U N G G I A N
Năm 1937 công ty Dow Chemical cho ra mắt Polystyren dân dụng hay còn gọI là

tăng khi đạt tới nhiệt độ 80
o
C. Vượt quá nhiệt độ đó PS sẽ trở lên mềm và dính như cao
su. Do đó PS chỉ được dùng ở nhiệt độ thấp hơn 80
o
C.
Các tế bào liên kết sẽ bị hủy hoại khi nó được đặt trong ánh nắng mặt trời trong một
thời gian dài. Bên cạnh đó, bề mặt sẽ xuất hiện màu vàng. Nếu cần thiết phải để tấm PS
trong môi trường ánh mặt trời trong nhiều ngày, thì tốt nhất nó phải được bảo quản bằng
tấm phim polyethylene trắng hoặc bất kỳ vật liệu mỏng màu sáng. Phần màu vàng trên bề
mặt nên được xoá bỏ trước khi sử dụng để tạo độ bám keo.
Bảng 1: Tính chất vật lý của Polystyren
Phạm Minh Đức – KSTN – Hóa dầu – K54 3
T I Ể U L U Ậ N H Ợ P C H Ấ T TR U N G G I A N
2: Tính chất hóa học.
PS hòa tan trong hydrocacbon thơm, dẫn xuất halogen, este, xeton.
PS không hòa tan trong hydrocacbon mạch thẳng, rượu thấp (rượu có độ
rượu thấp), ete, phenol, axit acetic và nước.
PS bền vững trong các dung dịch kiềm, axit sulfuric, photphoric và boric với bất kỳ
nồng độ nào. Bền với axit clohydric 10 - 36%, axit acetic 1- 29%, axit formic 1-90% và
các axit hữu cơ khác. Ngoài ra PS còn bền với xăng, dầu thảo mộc và các dung dịch muối.
PS sẽ bị axit nitric đậm đặc và các chất oxy hóa khác sẽ phá hủy.
3: Ứng dụng.
Tính chất kỹ thuật của polystyrene chủ yếu do điều kiện và phương pháp trùng hợp
quyết định. Điều kiện trùng hợp có ảnh hưởng tới mức độ trùng hợp, độ đồng đều về
trọng lượng phân tử, độ phân nhánh và độ tinh khiết của sản phẩm.
Khi trọng lượng phân tử khoảng 200.000 – 300.00 thì được sử dụng để đúc, ép dưới áp
suất.
Nó chủ yếu được sử dụng để cách nhiệt ở các vùng nhiệt đới, sương giá, khu vực lạnh.
Có thể là vật liệu tốt nhất cho xây dựng làm nền móng, tủ lạnh hoặc kho lạnh. PS có thể làm nền

sự cạnh tranh gay gắt với hàng nhập khẩu. Hiện nay 90% khách hàng Việt Nam nhập
khẩu mặt hàng PS từ Đài Loan về, tại Đài Loan các nhà máy có công suất rất lớn, ra đời
từ cách đây hơn 20 năm. Nhưng nhà máy của chúng ta ra đời sau nên có ưu thế hơn so với
các nhà máy khác về dây chuyền máy móc rất tối ưu nên rất có ưu thế về mặt chất lượng
sản phẩm.
Hiện tại, sản phẩm hạt nhựa PS của công ty đã được xuất khẩu sang các nước Thái Lan,
Indonesia, Malaysia, Thổ Nhĩ kỳ. Theo số liệu thống kê hiện nay nhu cầu dùng hạt PS
trong cả nước lên đến 3.000 tấn/tháng, nhập khẩu chủ yếu từ Đài Loan (năm 2010 khoảng
21 nghìn tấn, 6 tháng đầu năm 2011 khoảng 13,3 nghìn tấn).
Phạm Minh Đức – KSTN – Hóa dầu – K54 5
T I Ể U L U Ậ N H Ợ P C H Ấ T TR U N G G I A N
Công ty đầu tư sản xuất với vốn đầu tư 15 triệu USD cho dây chuyền có công suất
4.000 - 5.000 tấn/tháng. Dây chuyền sản xuất hạt nhựa PS giai đoạn II chính thức đi vào
hoạt động trong tháng 11/2011. Khi dây chuyền này đi vào hoạt động sẽ đáp ứng được
khoảng 100% nhu cầu trong nước.
CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT
Trong giới hạn của bài tiểu luận này em sẽ sản xuất polystyrene từ nguyên liệu đầu là
benzene.
Phạm Minh Đức – KSTN – Hóa dầu – K54 6
T I Ể U L U Ậ N H Ợ P C H Ấ T TR U N G G I A N
Benzen → Etylbenzen→ Styren → Polystyren
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, mercaptan, sunfit,
amin, các hợp chất chứa ete…
1.1: Tính chất vật lý của nguyên liệu.
1.1.1: Tính chất vật lý của benzene.
Benzen thường được biết đến dưới công thúc C
6
H

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
1.2: Tính chất hóa học của nguyên liệu.
1.2.1: Tính chất hóa học của Benzen.
Phạm Minh Đức – KSTN – Hóa dầu – K54 8
T I Ể U L U Ậ N H Ợ P C H Ấ T TR U N G G I A N
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.
Các dẫn suất của benzene dùng trong công nghiệp hóa chất để sản xuất chất dẻo và
thuốc nhuộm, bột giặt và dược phẩm, sợi nhân tạo, chất nổ, thuốc bảo vệ thực phẩm…
Trong phòng thí nghiệm, benzene được sử dụng rộng rãi làm dung môi. Tuy nhiên hơi
benzene rất độc nên cần cẩn thận trong quá trình sử dụng.
• Phản ứng thế :
Benzen + Br
2
—> brombenzen + khí hiđro bromua

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
+ 3 Cl
2
C
6
H
6
Cl
6

Phạm Minh Đức – KSTN – Hóa dầu – K54 18
T I Ể U L U Ậ N H Ợ P C H Ấ T TR U N G G I A N
Tuy nhiên, gia tăng chi phí năng lượng và vốn đầu tư cao đã làm cho phương pháp này
không cạnh tranh.
Từ những giới thiệu trên ta thấy nổi bật 2 công nghệ:
• Alkyl hóa trong pha lỏng sử dụng xúc tác zeolite.
• Alkyl hóa trong pha hơi sử dụng xúc tác zeolite.
Hai công nghệ này thì pha lỏng có tính vượt trội hơn do điều kiện làm việc mềm hơn,
khi làm việc ở pha lỏng không cần hóa hơi nguyên liệu nên giảm được chi phí cho nhiên
liệu đồng thời hoạt động ở pha hơi thì kích thước thiết bị phản ứng sẽ lơn hơn làm cho chi
phí đầu tư tăng nên ta sẽ chọn công nghệ pha lỏng sử dụng zeolite để sản xuất EB từ
benzen.
Trong tiểu luận này ta sử dụng công nghệ Lummus/UOP EBOne
TM
của UOP.
1.4: Các phản ứng của quá trình alkyl hóa trong pha lỏng sử dụng xúc tác
zeolite.
Xúc tác của quá trình là: zeolite EBZ – 500
TM
.
Phản ứng chính:
Zeol—O
-
H
+
+ CH
2
=CH
2
→ CH

+
→ Zeol—O
-
H
+
Phạm Minh Đức – KSTN – Hóa dầu – K54 19
T I Ể U L U Ậ N H Ợ P C H Ấ T TR U N G G I A N
C
2
H
5

CH
2
=CH
2
+ →
C
2
H
5

+ → 2
C
2
H
5
+ → +
Phản ứng phụ


và làm mát và đưa vào thùng chứa. Một phần sẽ được bơm tuần hoàn lại tháp, phần sản
phẩm etylbenzen thu được với độ tinh khiết 99,95 wt% min. Sản phẩm đáy chứa chứa chủ
yếu polyetylbenzen và sản phẩm nặng được đưa ra ngoài, một phần được đưa vào thiết bị
đun sôi đáy tháp để tạo hơi đưa vào tháp chưng, phần còn lại đưa vào tháp chưng tách
polyetylbenzen. Sản phẩm đỉnh chứa chủ yếu etylbenzen sẽ được tuần hoàn quay trở lại
thiết bị chuyển hóa alkyl và đồng thời cũng được đưa trở lại tháp để tạo dòng lỏng. Đáy
tháp chứa chủ yếu sản phẩm nặng sẽ được đưa ra ngoài sử dụng cho mục đích khác.
2: Quá trình dehydro hóa sản xuất Styren từ Etylbenzen.
Trong bài tiểu luận này ta sản xuất Styren bằng quá trình dehydro hóa etylbenzen.
Phạm Minh Đức – KSTN – Hóa dầu – K54 21
T I Ể U L U Ậ N H Ợ P C H Ấ T TR U N G G I A N
Quá trình dehydro hóa ethylbenzen xảy ra trong thiết bị phản ứng. Phản ứng chính là
phản ứng dehydro hóa, phản ứng này tăng thể tích và thu nhiệt mạnh.
H
2
∆H = 125 kJ/mol
Quá trình thích hợp ở nhiệt độ cao và áp suất thấp. Nếu không sử dụng xúc tác, quá
trình tiến hành ở nhiệt độ 700 – 800
o
C, độ chuyển hóa sau một vòng phản ứng 20 – 30%,
hiệu suất thấp hơn 50 – 60%. Quá trình thườn gồm các phản ứng hydrodealkyl hóa.
Quá trình có sử dụng hơi nước có vai trò:
• Cung cấp nhiệt cho phản ứng.
• Giảm lượng nhiệt cung cấp cho một đơn vị thể tích.
• Giảm áp suất riêng phần của hydrocacbon do vậy làm giảm
lượng cốc tạo thành và duy trì hoạt tính của xúc tác.
Trong một số công nghệ mới, các nhà công nghệ đưa vào thiết bị
phản ứng oxi hoặc không khí. Mục đích chính nhằm thực hiện phản ứng:
H
2

C
1,49320 , 25
o
C
Tỷ trọng
0,87139 g/cm
3
, 15
o
C
0,8670 g/cm
3
, 20
o
C
0,86262 g/cm
3
, 25
o
C
Độ hoà tan trong nước 0,015 g/100 ml (20 °C)
Trong dung môi hữu cơ hòa tan với mọi tỷ lệ
Nhiệt độ nóng chảy -95 °C (188 K)
Nhiệt độ sôi 136 °C (409 K)
Độ nhớt 0,669 cP ở 20 °C
Nguy hiểm chính
Dễ cháy: Giới hạn dưới 1,0 %
Giới hạn trên 6,7 %
Sức căng bề mặt 28,48 mN/m
Phạm Minh Đức – KSTN – Hóa dầu – K54 23

+ O
2
→ C
6
H
5
-CHOO-CH
3

C
6
H
5
C
2
H
5
+ 6O
2
→ 3,5 CO
2
+ 5H
2
O
• Phản ứng thế: C
6
H
5
C
2

5
+ HCl
2.2: Các phản ứng xẩy ra trong quá trình.
Bảng 5: Các phản ứng của quá trình dehyro hóa etylbenzen.
Phạm Minh Đức – KSTN – Hóa dầu – K54 24
T I Ể U L U Ậ N H Ợ P C H Ấ T TR U N G G I A N
2.3: Các phương pháp sản xuất styrene từ etylbenzen.
Để tổng hợp styren, ta có rất nhiều phương pháp khác nhau cũng như có rất nhiều công
nghệ tương ứng với nó. Dưới đây là các phương pháp chính để sản xuất styren:
• Dehydro hóa ethylbenzen thành styren: đoạn nhiệt và đẳng nhiệt
• Đồng sản xuất propylen oxyt và styren: trong công nghệ này sẽ tạo ra hợp chất
trung gian là rượu, sau đó rượu sẽ bị hydrat hóa và chuyển thành styren
• Oxy- dehydro hóa ethylbenzen với oxy không khí hoặc chất oxy hóa như SO
2
• Alkyl hóa toluen với methanol ở 450
o
C: Methanol và toluen dư được tuần hoàn,
hỗn hợp styren/ethylbenzen được tách bằng chưng cất phân đoạn và dehydro hóa
• Dime hóa toluen thành stilben ở 600
o
C: với hệ xúc tác oxy hóa khử Pb/PbO. Sau
đó stilben tham gia phản ứng phân bố lại với ethylen ở 500
o
C, xúc tác WO
3
• Dime hóa đồng thể butadien thành vinylxyclohexen ở 60
o
C: với xúc tác cơ kim
theo phản ứng Diels- Alder, sau đó chuyển hóa vinylxyclohexen thành ethylbenzen
và dehydro hóa ethylbenzen tạo thành styren ở 400