Химизм, механизм, кинетика процесса

Содержание

 

Введение

1 Выбор и обоснование метода производства 1,2 – дихлорэтана

2 Химические и физико-химические основы производства

1,2 – дихлорэтана

3 Характеристика сырья, продуктов и вспомогательных материалов

3.1 Характеристика сырья

3.2 Характеристика готовой продукции

3.3 Характеристика побочной продукции

4 Описание технологической схемы получения 1,2 – дихлорэтана

5 Материальный баланс

6 Расчет теплового баланса реактора прямого хлорирования этилена

7 Технологические расчеты

7.1 Определение основных размеров реактора

7.2 Определение диаметра основных патрубков

7.3 Расчет теплообменника Т-1

8 Механические расчеты

8.1 Расчет реактора прямого хлорирования этилена

8.2 Определение толщины тепловой изоляции

8.3 Расчет теплообменника

9 Аналитический контроль процесса

10 Автоматизация

10.1 Анализ объектов управления

10.2 Спецификация на приборы и средства автоматизации

11 Безопасность жизнедеятельности

11.1 Характеристика и анализ опасных производственных и вредных

факторов

11.2 Производственная санитария

11.3 Расчет освещения производственного помещения

11.4 Техника безопасности

12 Охрана природы

13 Экономика и организация производства

Вывод

Список литературы

 

 

Введение

Производство дихлорэтана тесно связано с винилхлоридом, поэтому современные варианты получения винилхлорида содержат технологические схемы получения дихлорэтана, как полупродукта для переработки в винилхлорид. Из винилхлорида получают поливинилхлорид, занимающего по объему выпуска второе место после полиэтилена среди полимерных материалов. [1]

Все процессы хлорирования можно подразделить на две основные группы: жидкофазные и газофазные. Преимущества первых состоят в применении умеренных температур (до 100–120⁰С) и легкости отвода тепла благодаря высоким коэффициентам теплоотдачи от жидкости к стенке.

Дихлорэтан – бесцветная летучая жидкость со сладковатым запахом. Дихлорэтан смешивается во всех отношениях со спиртами, бензолом, ацетоном и другими органическими соединениями.

Дихлорэтан находит широкое применение в различных областях промышленности и как растворитель: для очистки нефтепродуктов от парафинов, для экстрагирования жиров, для обезжиривания шерсти, мехов, а также для очистки металлических изделий перед хромированием или никелированием. Производство дихлорэтана является одним из важнейших факторов в производственной цепи получения полимеров, конечная цель которого получение полимерных и синтетических материалов (пластмасс), без которых нельзя представить жизнь современного общества. [1]

Сырьем для получения 1,2 – дихлорэтана являются этилен и хлор.

Выбор и обоснование метода производства 1,2 – дихлорэтана

 

В промышленном масштабе 1,2 – дихлорэтан получают двумя совмещенными методами, использующие хлор:

– прямое хлорирование этилена в жидкой фазе;

– окислительное хлорирование этилена в газовой фазе.

Реакция окислительного хлорирования идет с выделением тепла, катализатором служит хлорид меди. Процесс экзотермический, чем больше атомов хлора вводится, тем больше выделяется тепла. Реакция идет в газовой фазе, с теплоотводом справится трудно. Из – за наличия в реакционной массе паров воды при процессах окислительного хлорирования наблюдается сильная коррозия аппаратуры. Кроме обычной защиты корпуса реакторов керамическими материалами, для изготовления охлаждающих устройств, применяют специальные сплавы. [2]

Недостатками этого способа является образование побочных продуктов замещения, а также трудности очистки дихлорэтана. Процесс газофазного хлорирования требует особенного требования по технике безопасности.

Современная тенденция развития экономии энергетических ресурсов привела к созданию процесса прямого хлорирования этилена с использованием тепла реакции для ректификации образующегося дихлорэтана.

Получение дихлорэтана основано на химической реакции взаимодействия этилена с хлором. Процесс ведут в жидкой фазе, в присутствии катализатора хлорного железа при температуре 49–65⁰С. Благодаря этому достигается безопасность процесса. [2]

При обосновании метода отметим, что данная технологическая схема по своему процессу проста и экономически выгодна. Выбор жидкофазного метода оправдан термической нестабильностью получаемых хлорпроизводных, обусловленной отщеплением хлористого водорода (дегидрохлорированием). После окончательной промывки получаем более чистый дихлорэтан. Степень конверсии хлора близка к 100%, а степень конверсии этилена зависит от взятого избытка его и составляет 90–97%. Выход 1,2 – дихлорэтана более 99%.

Выбор места производства обусловлен:

– близким расположением источников сырья и энергии;

– огромные запасы поваренной соли;

– соседство с Восточно – Сибирской железной дорогой;

– возможность поставки сырья из Ангарска;

– в перспективе при освоении Ковыктинского месторождения в качестве сырья будет использоваться этилен, получаемый пиролизом этановой фракции.

 

Химизм, механизм, кинетика процесса

 

Получение 1,2 – дихлорэтана методом прямого хлорирования этилена основано на реакции взаимодействия испаренного хлора и этилена в жидкой фазе. Эта реакция является каталитической и экзотермической. Поскольку экзотермическая реакция синтеза дихлорэтана в объеме газовой фазы протекает с взрывом, процесс ведут в жидкой фазе дихлорэтана. Скорость процесса жидкофазного хлорирования этилена увеличивается с ростом температуры. [3]

Получение 1,2 – дихлорэтана методом прямого хлорирования этилена основано на реакции [3]:

 

FeCl₃

С₂H₄ + С1₂ С₂H₄С1₂ + 220 кДж/моль

 

Катализатором является хлорное железо (FeC1₃), растворенное в дихлорэтане. Механизм реакции образования 1,2 – ДХЭ при взаимодействии этилена и хлора в присутствии катализатора состоит в электрофильном присоединении с промежуточным образованием π-комплекса.

 

FeC1₃          δ⁺

СН₂ = СН₂ +С1 – С1 СН₂ = СН₂ CH₂ – СН₂⁺ + С1 ^– CH₂ – СН₂

С1 – С1^{δ –} С1                    С1 С1

π – комплекс карбоний катион

 

Роль хлорного железа состоит в том, что оно активирует молекулы хлора, ингибирует цепочки радикалов, ускоряет стадию перехода π – комплекса в σ – комплекс и образованию комплекса

 

FеС1₃ + С1₂ FеС1₄^- + Сl⁺

Хлорное железо играет роль не только катализатора присоединения, но и ингибитора радикальных процессов.

 

FеС1₃ + Ŕ FеС1₂ + RС1

FеС1₂ + ¹ ₂ С1₂ FеС1₃                                     

В качестве катализатора используют безводные хлориды железа при температуре от 0 °С до температуры кипения 1,2 – ДХЭ при давлении 0,05–0,2 МПа.

Наряду с основной реакцией получения 1,2 – ДХЭ протекают реакции заместительного хлорирования, которые ведут к образованию побочных продуктов, таких как 1,1,2 – трихлорэтан, винилхлорид и т.д. Образование других примесей, также связано со свободнорадикальными процессами.

Механизм побочных реакций следующий, сначала образуется радикал хлора.

С1₂ 2 1