Получение дихлорэтана из этилена (стр. 2 из 3)
Дихлорэтан-сырец из сборника 2 перекачивается в аппарат 6, где при перемешивании производится нейтрализация растворенного в дихлорэтане хлористого водорода 5—10%-ным раствором едкого натра. Нейтрализованный дихлорэтан отделяется в разделителе 7 от раствора щелочи и стекает в сборник 9, из которого поступает на осушку и ректификацию. Осушка дихлорэтана производится в ректификационной колонне 10, в нижней части которой поддерживается температура 75—85°С. Из колонны отгоняется азеотропная смесь дихлорэтана с водой, конденсирующаяся в дефлегматоре 12 и частично возвращаемая на орошение колонны 10. Дистиллят расслаивается в разделителе 13; вода направляется на очистную станцию и далее в канализацию, а дихлорэтан возвращается в сборник 9, Из кубовой части колонны 10 стекает обезвоженный дихлорэтан, поступающий далее в ректификационную колонну 14, где дихлорэтан-дистиллят отделяется от трихлорэтана и полихлоридов (кубовая жидкость).
6. Расчет материального баланса процесса хлорирования этилена
Данные для расчета:
На основании табл. 4.1 [1] определяем выходы продуктов реакции при температуре 255 К:
Рис. 2. Выход продуктов реакции.
На основании рис. 2 данные по выходу продуктов реакции сводим в табл. 1.
Таблица 1.
Выход продуктов реакции при Т=265К
| Состав продуктов хлорирования, %(масс.) | |
| Дихлорэтан | 76,0 |
| Трихлорэтан | 13,9 |
| Тетрахлорэтан | 3,2 |
| Высшие хлориды | 3,2 |
Избыток этилена в % от стехиометрии 10
В дихлорэтане растворяется 50 % хлористого водорода
Давление в системе, МПа 0,89
Производительность установки, т/год дихлорэтана 10000.
Число рабочих дней в году 350
Таблица 2.
Состав хлора и этиленовой фракции
| Состав хлора, %(об.) | Состав этиленовой фракции, %(об.) | |||||
| Cl2 | CO2 | H2 | N2 | C2H4 | C2H6 | C3H6 |
| 98 | 1,2 | 0,3 | 0,5 | 92,0 | 6,0 | 2,0 |
Часовая производительность установки по дихлорэтану составляет:
.При этом образуется:
Трихлорэтана
;Тетрахлорэтана
;Высших хлоридов
;При взаимодействии хлора с этиленом протекают следующие реакции:
(1) 
(2) 
(3) 
(4)Исходя из этих реакций, определяем:
1. Расход этилена на образование ди-, три-, тетрахлорэтана и высших хлоридов:
или
.С учетом 10 %-ного избытка этилена его расход составит:
1,1·318,1=349,9 м3/ч
или
349,9·1,250=437,4кг/ч.
2. Расход этиленовой фракции (с учетом 10 %-ного избытка этилена):
.3. Расход хлора:
или
.4. Расход технического хлора:
.5. Количество образующегося хлористого водорода:
или
.6. Количество отходящих газов:
| Газы | Объем, м3/ч | Состав %(об.) | Количество, кг/ч |
| Этилен | 380,3·0,92-318,1=31,8 | 30,77 | (31,8:22,4)·28=39,8 |
| Этан | 380,3·0,06=22,8 | 22,08 | (22,8:22,4)·30=30,6 |
| Пропилен | 380,3·0,02=7,6 | 7,36 | (7,6:22,4)·42=14,3 |
| Двуокись углерода | 392,5·0,012=4,7 | 4,56 | (4,7:22,4)·44=9,3 |
| Азот | 392,5∙0,005=2,0 | 1,91 | (2,0:22,4)·28=2,5 |
| Водород | 392,5∙0,003=1,2 | 1,14 | (1,2:22,4)·2=0,1 |
| Хлористый водород | 66,5·0,5=33,3 | 32,18 | (33,3:22,4)·36,5=54,2 |
| ИТОГО: | 103,3 | 100,00 | 150,6 |
Отходящие газы насыщены парами дихлорэтана, количество которых можно рассчитать по формуле [2]:
,где
- количество паров дихлорэтана, уносимых газами, кг/ч;Gг – количество газов, пропускаемых через дихлорэтан, кг/ч;
φ – коэффициент насыщения (в данном случае φ=1 [2]);
р – давление пара над жидкостью (при Т=265 К р=0,0021 МПа рис. XIV [4]);
Мж – молекулярная масса дихлорэтана;
Мг – средняя молекулярная масса газовой смеси;
Р – общее давление в системе, МПа.
Находим среднюю молекулярную массу газовой смеси:
Мг=0,3077·28+0,2208·30+0,0736·42+0,0456·44+0,0191∙28+0,0114∙2+0,2487·36,5=32,64.
Унос паров дихлорэтана составит:
.Из реактора отводится жидкий дихлорэтан, количество которого составляет:
1190,5-1,1=1189,4 кг/ч.
Массовый расход сырья:
Масса газа при нормальных условиях равна его молярной массе, поделенной на объем, занимаемый одним молем, т.е.
, где 
- плотность газа при нормальных условиях.Этиленовая фракция:
; 
; 
;Технический хлор:
; 
; 
; 
Массовый расход сырья составит:
Этиленовая фракция:
; 
; 
;Хлор технический:
; 
; 
. 
Материальный баланс производства дихлорэтана сводим в таблицу 3:
Таблица 3
Материальный баланс производства дихлорэтана
| № п/п | Приход | кг/ч | № п/п | Расход | кг/ч |
| 1 | Этиленовая фракция | 482,3 | 1 | Дихлорэтан-сырец | 1561,5 |
| в том числе: | в том числе: | ||||
| Этилен | 437,4 | дихлорэтан | 1189,4 | ||
| Этан | 30,6 | трихлорэтан | 217,7 | ||
| Пропилен | 14,3 | тетрахлорэтан | 50,1 | ||
| высшие хлориды | 50,1 | ||||
| 2 | Хлор технический газообраный | 1231,0 | хлористый водород | 54,2 | |
| в том числе: | 2 | Отходящие газы | 150,6 | ||
| хлор | 1219,1 | в том числе: | |||
| двуокись углерода | 9,3 | этилен | 39,8 | ||
| водород | 0,1 | этан | 30,6 | ||
| азот | 2,5 | пропилен | 14,3 | ||
| двуокись углерода | 9,3 | ||||
| хлористый водород | 54,2 | ||||
| дихлорэтан | 1,1 | ||||
| водород | 0,1 | ||||
| азот | 2,5 | ||||
| ИТОГО: | 1713,3 | ИТОГО: | 1712,1 |
Расхождение баланса составляет:
, что вполне допустимо.Конверсия исходного сырья.
Основным реагентом в сырье является этилен, поэтому конверсию рассчитываем по этилену, как отношение количества израсходованного этилена (Gн-Gк), где Gк – количество непрореагировавшего этилена, к общему его количеству в начале процесса Gн:
