Производство 1,2-дихлорэтана

дипломная работа

1. 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.

2. 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 р-комплекса.

FeC13 д+

СН2 = СН2 +С1 - С1 СН2 = СН2 CH2 - СН2+ + С1 - CH2 - СН2

С1 - С1д - С1 С1 С1

р - комплекс карбоний катион

Роль хлорного железа состоит в том, что оно активирует молекулы хлора, ингибирует цепочки радикалов, ускоряет стадию перехода р - комплекса в у - комплекс и образованию комплекса

FеС13 + С12 FеС14- + Сl+

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

FеС13 + А 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

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

СН2С1 - СН2С1 + 1 С1Н - СН2С1 + НС1

С1Н - 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 д+

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

Н - С1д-

р - 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 65С 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

Делись добром ;)