Производство 12-дихлорэтана (стр. 2 из 16)
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 – СН2С1Н – С1δ-
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.
3 Характеристика сырья, готовых продуктов и вспомогательных материалов
3.1 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
| Наименование сырья, материалов, продуктов | ГОСТ, ТУ. | Показатели обязательные для проверки | Регламентные показатели, допустимые отклонения |
| Этилен (C2H4) | ГОСТ 25070–87 | 1) объемная доля этилена, %2) объемная доля пропилена, %3) объемная доля метана и этана в сумме, %4) объемная доля ацетилена, % | не менее 99,9не более 0,005не более 0,1не более 0,001 |
| Хлор (С12) | ГОСТ 6718 – 93 | 5) объемная доля хлора, %6) объемная доля воды, %7) объемная доля кислорода, % | не менее 97,6не более 0,01не более 2,0 |
3.2 Характеристика готовой продукции
Дихлорэтан СН2СL – CН2L
Физико-химические свойства:
– молекулярная масса – 98
– плотность – 1282 кг/м3
– растворимость в воде при н. у. – 0.91%
– температура кипения – 83.470С
– температура плавления – минус 35.360С
Дихлорэтан – бесцветная жидкость с характерным запахом, легко растворяется в обычных растворителях и сам является хорошим растворителем. В смеси с воздухом пары дихлорэтана образуют взрывоопасные смеси. Концентрированные пределы воспламенения смеси с воздухом: нижний – не менее 6,2, % объемных, верхний – не более 16,0% объемных. Дихлорэтан токсичен. При вдыхании паров и проникновении через кожу вызывает дистрофические изменения в печени, почках. Класс опасности – 2 (вещество высоко – опасное). Предельно – допустимая концентрация дихлорэтана 10 мг/ м3 [4].
Таблица 3.2
| Наименование сырья, материалов, продуктов | ГОСТ, ТУ. | Показатели обязательные для проверки | Регламентные показатели, допустимые отклонения |
| 1,2 – дихлорэтан –ректификат(С2Н4С12) | ГОСТ 1942–86 | 1) массовая доля 1.2 – дихлорэтана, %2) массовая доля воды, %3) массовая доля хлора, %4) массовая доля железа, %5) массовая доля суммы легкокипящих, %6) массовая доля суммы высококипящих, % | не менее 99,1не более 0,0015не более 0,0002не более 0,0007не более 0,5не более 0,4 |
3.3 Характеристика побочных продуктов
Хлорное железо в обычных условиях – кристаллы фиолетового цвета с темно – зеленым оттенком. Хлорное железо при погрузо – разгрузочных работах пылит, пыль его вызывает раздражение слизистых оболочек органов дыхания и зрения, при попадании в пищеварительный тракт может вызвать рвоту. Относится к 2 классу опасности (вещество высоко – опасное). Предельно – допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны производственных помещений – 1 мг/м3 [4].
Азот N2
Физико-химические свойства:
– молекулярная масса – 14
– плотность – 1,251 кг/м3
– растворимость в воде при н. у. – 0,024 г./дм3
– температура кипения – минус 195,80С
– температура плавления – минус 209,860С
Азот – инертный газ без цвета и запаха. При больших концентрациях приводит к удушью, так как не поддерживает дыхание [4].
1,1,2 – трихлорэтан С2Н3СL3
1.1.2 – трихлорэтан
Физико-химические свойства:
– молекулярная масса – 135
– температура вспышки – 290С
– температура самовоспламенения – 4950С
1,1,2 – трихлорэтан – бесцветная летучая жидкость со сладковатым запахом. Проникает в организм через неповрежденную кожу и при вдыхании паров. Присутствие трихлоэтана во вдыхаемом воздухе вызывает резкую одышку, кашель, боль в легких. Поражает нервную систему, печень. Обладает сильным наркотическим действием.
Таблица 3.3
| Наименование сырья, материалов, продуктов | ГОСТ, ТУ. | Показатели обязательные для проверки | Регламентные показатели, допустимые отклонения |
| Хлорное железо(FeC13) | ТУ‑6–00–5763450–129–91 | по сертификату поставщика содержание хлорного железа, % | не менее 95,0 |
| Азот (N2) | ТУ‑6–02–1129–91 | 1) объемная доля азота, %2) объемная доля кислорода, %3) массовая концентрация водяных паров в газообразном азоте при 20 °С и 101,13 кПа, г/м3 | не менее 99,999не более 0,005не более 0,005 |
| 1,1,2 – трихлорэтан(С2Н3С13) | ТУ‑6–01–1130–92 | 1) внешний вид цвет2) содержание 1,1,2 – трихлорэтана, %3) содержание примесей, % в том числе:1,1 и 1,2 дихлорэтана, %тетрахлорэтана, %перхлорэтилена, %4) содержание воды, %5) рН водной вытяжки | бесцветная подвижная жидкостьне менее 92,0не более 8,0не более 3,0не более 1,5не более 3,5не более 0,054,5 – 7,0 |
4. Описание технологической схемы получения 1,2 – дихлорэтана
Реакция прямого хлорирования этилена протекает в реакторе, совмещенном с теплообменником в жидкой фазе при поглощении газообразного этилена и хлора жидким дихлорэтаном в присутствии катализатора – хлорного железа (FеС13), растворенного в дихлорэтане.
Реактор прямого хлорирования Р- 1 представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат с внутренним диаметром 1400 мм. и высотой 9700 мм., в нижней части которого установлены два распределительных устройства для подачи этилена, хлора. Для исключения проскока свободного хлора, хлорный барботер расположен ниже этиленового.
Для снятия тепла реакции реактор Р- 1 своими нижними и верхними частями соединен линиями перетока с трубной частью вертикального кожухотрубного теплообменника Т – 1, с площадью теплообмена 961м2, диаметр кожуха 1200 мм, диаметр труб 20*2 мм, количество труб 1701, длина труб 9 м. В трубопровод прямой оборотной воды периодически, для удаления отложений на трубном пучке, подается технологический воздух.