Cumen Là Gì? Toàn Tập Về Isopropylbenzene (C₉H₁₂)

Cumen (tên hệ thống: Isopropylbenzene, còn gọi là cumol) là một hydrocarbon thơm ở dạng lỏng, không màu, dễ cháy và có mùi đặc trưng giống xăng. Với công thức hóa học là C₉H₁₂, hợp chất này đóng vai trò là viên gạch nền tảng trong ngành công nghiệp hóa chất, đặc biệt là nguyên liệu không thể thiếu để sản xuất phenol và acetone.

Bài viết này sẽ cung cấp một cái nhìn chi tiết, từ tính chất, quy trình sản xuất, ứng dụng cho đến các biện pháp an toàn khi làm việc với cumen, giúp bạn hiểu rõ và sử dụng hóa chất này một cách hiệu quả và an toàn.

Tính Chất Vật Lý Và Hóa Học Của Cumen

Cumen là chất lỏng không màu, có mùi xăng, nhẹ hơn nước, không tan trong nước nhưng tan trong dung môi hữu cơ. Về mặt hóa học, nó là một hydrocarbon thơm, dễ bị oxy hóa để tạo thành cumene hydroperoxide, tiền chất sản xuất phenol và acetone.

Tính Chất Vật Lý Nổi Bật

Cumen là một chất lỏng không màu với điểm sôi 152°C, không tan trong nước và có tỷ trọng 0.86 g/cm³, nhẹ hơn nước.

• Trạng thái & Ngoại quan: Cumen tồn tại ở dạng lỏng không màu.
• Điểm sôi: 152°C
• Điểm đông đặc: -96°C
• Tỷ trọng: 0.86 g/cm³ (nhẹ hơn nước). Bạn có thể tìm hiểu thêm tỷ trọng là gì để so sánh với các chất lỏng khác.
• Độ tan: Gần như không tan trong nước nhưng hòa tan tốt trong nhiều dung môi hữu cơ như alcohol, ether và benzene.

Tính Chất Hóa Học Đặc Trưng

Cumen là một hidrocacbon thơm, có khả năng tham gia phản ứng alkyl hóa và dễ dàng bị oxy hóa bởi không khí, một tính chất quan trọng được ứng dụng trong công nghiệp.

Cumen là một hidrocacbon thơm, do đó nó mang những tính chất hóa học đặc trưng của nhóm này.

• Phản ứng Alkyl hóa: Cumen được tạo thành từ phản ứng alkyl hóa giữa benzene và propylene.
• Tính Oxy hóa: Dễ bị oxy hóa bởi không khí để tạo thành cumene hydroperoxide (CHP), một bước trung gian quan trọng trong sản xuất công nghiệp.
• Độ ổn định: Bền ở nhiệt độ thường nhưng dễ phân hủy ở nhiệt độ cao hoặc khi có mặt các axit mạnh.

Quy Trình Sản Xuất Cumen Trong Công Nghiệp

Cumen được sản xuất công nghiệp bằng phản ứng alkyl hóa giữa benzene và propylene dưới điều kiện nhiệt độ, áp suất cao và có mặt chất xúc tác axit, phổ biến nhất hiện nay là zeolite.

Quy trình sản xuất cumen hiện đại chủ yếu dựa trên phản ứng alkyl hóa Friedel-Crafts giữa benzene và propylene, sử dụng chất xúc tác axit.

Phương trình phản ứng: C₆H₆ (Benzene) + CH₃CH=CH₂ (Propylene) ⟶ C₉H₁₂ (Cumene)

1. Chuẩn bị nguyên liệu: Benzene và propylene được trộn theo tỷ lệ khoảng 4:1 để tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu sản phẩm phụ.
2. Điều kiện phản ứng: Hỗn hợp được đưa vào lò phản ứng ở nhiệt độ 200-250°C và áp suất 20-30 atm.
3. Xúc tác: Công nghệ hiện đại ưu tiên sử dụng xúc tác zeolite do có độ chọn lọc cao (cập nhật đến năm 2025 là trên 98%) và thân thiện với môi trường, thay thế cho các xúc tác cũ như axit phosphoric (H₃PO₄) hay AlCl₃.
4. Tách và tinh chế: Sản phẩm sau phản ứng được đưa qua hệ thống chưng cất để tách cumen tinh khiết ra khỏi benzene chưa phản ứng (sẽ được tái sử dụng) và các sản phẩm phụ như diisopropylbenzene.

Ứng Dụng Chính Của Cumen

Ứng dụng chính và quan trọng nhất của Cumen (chiếm trên 95%) là làm nguyên liệu trung gian để sản xuất đồng thời hai hóa chất công nghiệp quan trọng là Phenol và Acetone. Ngoài ra, nó còn được dùng làm dung môi và phụ gia xăng.

Hơn 95% lượng cumen sản xuất trên toàn thế giới được dùng cho một mục đích duy nhất: sản xuất phenol và acetone.

• Sản xuất Phenol và Acetone: Đây là ứng dụng quan trọng nhất. Thông qua quy trình Hock, cumen bị oxy hóa thành cumene hydroperoxide (CHP), sau đó được phân cắt bằng axit để tạo ra hai sản phẩm có giá trị cao là phenol và acetone. Phenol là nguyên liệu cho nhựa epoxy, polycarbonate, còn acetone là một dung môi công nghiệp phổ biến.
• Làm dung môi: Cumen được sử dụng làm dung môi trong sản xuất sơn, vecni, và mực in. Nó cũng có khả năng pha loãng tốt cho các loại sơn dầu.
• Nguyên liệu cho các hóa chất khác: Cumen là tiền chất để sản xuất alpha-methylstyrene (dùng trong nhựa ABS) và acetophenone.
• Phụ gia xăng: Đôi khi cumen được thêm vào xăng để tăng chỉ số octane, cải thiện khả năng chống kích nổ của nhiên liệu.

Nguy Hiểm Và Biện Pháp An Toàn Khi Làm Việc Với Cumen

Cumen là chất lỏng dễ cháy, độc hại khi hít phải hoặc tiếp xúc lâu dài và được xếp vào nhóm có thể gây ung thư (Nhóm 2B). Do đó, cần tuân thủ nghiêm ngặt các biện pháp an toàn như sử dụng đồ bảo hộ, đảm bảo thông gió và phòng chống cháy nổ.

Cumen là một hóa chất có ích nhưng cũng tiềm ẩn nhiều rủi ro. Việc tuân thủ các quy định về an toàn là bắt buộc.

• Nguy cơ cháy nổ: Cumen là chất lỏng dễ cháy (loại IC). Hơi của nó có thể tạo thành hỗn hợp gây nổ với không khí.
• Độc tính:
  • Gây kích ứng da, mắt và hệ hô hấp.
  • Hít phải hơi ở nồng độ cao có thể gây chóng mặt, đau đầu, buồn nôn.
  • Cơ quan Nghiên cứu Ung thư Quốc tế (IARC) xếp cumen vào nhóm 2B: "Có thể gây ung thư cho người", dựa trên các nghiên cứu trên động vật.
• Tác động môi trường: Rò rỉ cumen có thể gây ô nhiễm nguồn nước và đất.

Biện Pháp An Toàn Cần Tuân Thủ

Bắt buộc phải sử dụng đầy đủ trang bị bảo hộ cá nhân (PPE), làm việc ở nơi thông thoáng, lưu trữ xa nguồn nhiệt, và tuân thủ các quy định pháp luật về hóa chất.

1. Trang bị Bảo hộ Cá nhân (PPE): Luôn đeo găng tay nitrile, kính bảo hộ và mặt nạ phòng độc khi làm việc trong môi trường có hơi cumen.
2. Thông gió: Đảm bảo khu vực làm việc được thông gió tốt, ưu tiên sử dụng tủ hút.
3. Phòng chống cháy nổ: Lưu trữ cumen ở nơi khô ráo, thoáng mát, tránh xa nguồn nhiệt, tia lửa và các chất oxy hóa mạnh. Sử dụng các thiết bị điện phòng nổ.
4. Xử lý sự cố: Dùng bột chữa cháy khô, CO₂ hoặc bọt foam để dập lửa, tuyệt đối không dùng nước. Nếu xảy ra rò rỉ, dùng cát hoặc vật liệu thấm hút để thu gom, ngăn không cho hóa chất chảy vào cống rãnh.
5. Tuân thủ pháp luật: Cập nhật các điểm mới của Luật Hóa chất 2025 để đảm bảo tuân thủ quy định.

So Sánh Các Phương Pháp Sản Xuất Cumen

Phương pháp sử dụng xúc tác Zeolite là vượt trội nhất hiện nay, mang lại hiệu suất chọn lọc cao (trên 95-98%), ít sản phẩm phụ và thân thiện với môi trường hơn so với phương pháp dùng axit phosphoric hoặc AlCl₃.

Xu hướng hiện nay trên toàn cầu là ưu tiên sử dụng công nghệ xúc tác zeolite để tối ưu hóa hiệu quả kinh tế và giảm thiểu tác động đến môi trường.

Câu Hỏi Thường Gặp Về Cumen

Các câu hỏi thường gặp tập trung vào sự khác biệt giữa Cumen và các hóa chất liên quan, tính an toàn và cách xử lý sự cố cháy nổ liên quan đến hóa chất này.

Cumen và cumene hydroperoxide khác nhau như thế nào?

Cumen là nguyên liệu đầu vào, còn cumene hydroperoxide (CHP) là sản phẩm trung gian được tạo ra từ quá trình oxy hóa cumen, trước khi bị phân cắt để tạo ra phenol và acetone.

Cumen có phải là Toluene hay Xylene không?

Không. Mặc dù cả ba đều là hydrocarbon thơm và được dùng làm dung môi, chúng có công thức và cấu trúc phân tử khác nhau. Cumen là isopropylbenzene, Toluene là methylbenzene, và Xylene là dimethylbenzene.

Làm thế nào để xử lý an toàn khi bị cháy cumen?

Sử dụng bình chữa cháy dạng bột, CO₂, hoặc bọt foam. Nhanh chóng sơ tán khỏi khu vực nguy hiểm và gọi lực lượng cứu hỏa chuyên nghiệp.

Để biết thêm thông tin chi tiết về sản phẩm cumen hoặc các loại dung môi, hóa chất công nghiệp khác, vui lòng liên hệ với Hóa Chất Doanh Tin qua hotline để được tư vấn và báo giá tốt nhất.