Свободный радикал хлора взаимодействует с молекулой 1,2 – ДХЭ с образованием 1,1,2 – трихлорэтана и хлористого водорода.

СН₂С1 – СН₂С1 + 1 С1 Н – СН₂С1 + НС1

С1 Н – СН₂С1 + С1₂ СНС1₂ – СН₂С1 + 1

Так же свободный радикал хлора может вступить в реакцию с молекулой этилена с образованием винильного радикала.

СН₂ = СН₂ + 1 Н = СН₂ + НС1

Образование винилхлорида в результате взаимодействия хлорного и винильного радикалов.

Н = СН₂ + 1 С1СН = СН₂

Образование этилхлорида происходит в результате взаимодействия этилена с хлористым водородом в присутствии хлорного железа.

FeC1₃          δ⁺

СН₂ = СН₂ +Н – С1 СН₂ = СН₂ CH₃ – СН₂⁺ + FeС1  CH₃ – СН₂С1

Н – С1^δ-

π – комплекс

Для снижения активности радикалов в газовой фазе в реакционную зону подают кислород на уровне 1% объемного. Избыток этилена (2 – 5%), также препятствует выходу хлора в газовую фазу и следовательно снижает долю побочных свободно – радикальных процессов.

Основными параметрами, определяющими чистоту получаемого продукта, являются:

1. Соотношение этилен: хлор.

2. Наличие посторонних примесей в исходном сырье.

3. Температура процесса.

4. Концентрация катализатора.

Соотношение, между вступившими в реакцию этиленом и хлором, поддерживается 1:1. Избыток хлора ведет к увеличению образования побочных продуктов. Избыток этилена ведет к увеличению объема абгазов и дезактивации катализатора.

1) Примеси в сырье инертных газов или насыщенных углеводородов не оказывают влияния на химизм процесса, но заметно увеличивают потери продукта с абгазами. Объемная доля влаги более 0,002% дезактивирует катализатор, так как хлорное железо является гидрофильным веществом, которое образует с водой нереакционноспособный комплекс FеС1₃ * 6Н₂O. Наличие кислорода в небольшом количестве способствует реакции присоединительного хлорирования, так как кислород подавляет образование свободных радикалов хлора.

2) Температуру в реакторе прямого хлорирования следует поддерживать в пределах 49–65 °С. При температуре ниже 49 °С увеличиваются потери хлора и этилена с абгазами из-за неполного взаимодействия. При температуре более 65°С происходит увеличение образования побочных продуктов, главным образом трихлорэтана, и ускоряется коррозионный износ оборудования.

3) Массовая доля катализатора FеС1₃ в дихлорэтане должна поддерживаться в пределах 0,005 – 0,03 ^% (50–300 ppm). При массовой доле катализатора в дихлорэтане менее 0,005% (50 ppm) скорость реакции присоединительного хлорирования уменьшается. При массовой доле катализатора более 0,03^% (300 ppm) увеличиваются его потери с дихлорэтаном-сырцом.

Характеристика сырья, го товых продуктов и вспомогательных материалов

Характеристика сырья

Этилен СН₂ = СН₂

Физико-химические свойства:

– молекулярная масса -28

– плотность – 1,261 кг/м³

– растворимость в воде при н. у. – 0,281г/дм³

– температура кипения – минус 103,71⁰С

– температура плавления – минус 169,5⁰С

Этилен – бесцветный газ с удушливым сладковатым запахом. По степени воздействия на организм человека относится к 4‑му классу опасности (ГОСТ 25070 – 87). Предельно – допустимая концентрация этилена 100 мг/м³. При превышении предельно – допустимой концентрации этилен оказывает наркотическое действие, может вызвать головную боль, головокружение, ослабление дыхания, нарушение кровообращения, потерю сознания. Этилен – горючий газ, способный к взрывному разложению при повышенном давлении, высокой температуре или при воздействии открытого огня в присутствии кислорода. Концентрированные пределы воспламенения в воздухе: нижний – не менее 3,11% объемных, верхний – не более 32% объемных [4].

Хлор СL₂

Физико-химические свойства:

– молекулярная масса -35

– плотность – 3,214 кг/м³

– растворимость в воде при н. у. – 7,4г/дм³

– температура кипения – минус 34,05⁰С

– температура плавления – минус 101,6⁰С

Хлор – негорючий, удушливый газ с резким запахом, желто – зеленого цвета, который в 2,5 раза тяжелее воздуха. Вызывает раздражение верхних дыхательных путей и слизистых оболочек, вызывает отек легких. Воздействуя на кожу, вызывает химический ожог. Класс опасности – 2 (вещество высоко – опасное). С водородом образует взрывоопасные смеси. Предельно – допустимая концентрация хлора 1 мг/м³ [4].

Таблица 3.1