Отримання дихлоретану з етилену - контрольна робота, сторінка 1
ОТРИМАННЯ дихлоретан З ЕТИЛЕНУ
1. Товарні і технологічні властивості дихлоретан, області застосування
Дихлоретан (хлористий етилен) CH 2 Cl - CH 2 Cl - безбарвна летюча рідина зі специфічним запахом, що нагадує запах хлороформу (т.кіп. 83,7 ° С; т.пл. -35,3 ° С; теплота випаровування 77,3 ккал / кг). З водою утворює азеотропную суміш (80,5% дихлоретан), киплячу при 72 о С. Дихлоретан спалахує з працею, горить світловим полум'ям із зеленою облямівкою, при горінні виділяється хлористий водень. Палаючий дихлоретан може бути легко погашений водою. Пари дихлоретану утворюють з повітрям вибухонебезпечні суміші з межами вибуховості 4,8-15,9% (об.).
Дихлоретан змішується в усіх відношеннях зі спиртами, бензолом, ацетоном і багатьма іншими органічними сполуками; добре розчиняє масла, жири, смоли, воску, каучук, алкалоїди, а також деякі неорганічні речовини, наприклад сірку, жовтий фосфор, йод і ін.
Дихлоретан отруйний і має наркотичну дію, тому при роботі з ним треба бути обережним. Вдихання парів дихлоретану викликає головні болі, подразнення дихальних шляхів, кашель і може привести до смерті. Гранично допустима концентрація парів дихлоретану в повітрі виробничих приміщень 10 мг / м 3.
Дихлоретан застосовується як розчинник в самих різних областях: для екстрагування жирів, для очищення нафтопродуктів від парафіну, для знежирення вовни, хутра, а також металевих виробів перед хромуванням або никелированием, для вилучення восків (монтан-віск) з бурого вугілля і т. Д. він є також полупродуктом для багатьох промислових синтезів. Значні кількості дихлоретану витрачаються на отримання хлористого вінілу.
2. Сировинні джерела: етиленової фракція газів піролізу нафтової сировини і етиленових фракція коксового газу.
3. Способи отримання дихлоретану.
Існують кілька способів отримання дихлоретану з етилену:
взаємодія етилену з хлором в середовищі рідкого дихлоретану при 20-30 ° С;
пропускання етилену через рідкий хлор при підвищеному тиску і температурі не вище 0 ° С;
взаємодія етилену з хлором при підвищених температурах (до 120 ° С) над різними каталізаторами. (CuCl 2. FeCl 3. SbCl 5. тваринне вугілля і ін.);
взаємодія етилену, хлористого водню і кисню повітря над мідним каталізатором при 300 ° С:
У промисловості поширений головним чином перший спосіб, технологічно розроблений А. Ф. Добрянським з співробітниками. Вони довели можливість використання для отримання дихлоретану не тільки чистого етилену, а й зтіленсодержащіж сумішей, наприклад етиленової фракції газів піролізу нафтової сировини і етиленової фракції коксового газу. За другим способом для досягнення високого виходу дихлоретану потрібні висококонцентрований етилен і рідкий хлор. Крім того, реакція освіти дихлоретану в цьому випадку протікає при надлишку хлору, що призводить до утворення не тільки дихлоретану, а й інших продуктів хлорування етилену. Недоліками інших способів є невисокий вихід дихлоретану внаслідок утворення побічних продуктів заміщення, а також труднощі очищення дихлоретану.
4.Фізікокохіміческіе основи процесу отримання дихлоретану
Процес отримання дихлоретану є гетерогенної складною реакцією. Реакція необоротна ендотермічна, протікає без застосування каталізатора при низькій температурі.
Реакція приєднання хлору до етилену протікає з виділенням великої кількості тепла:
При отриманні дихлоретан взаємодією етилену з хлором в середовищі рідкого дихлоретану, який розчиняє обидва газу, реакція протікає фактично в рідкій фазі. Завдяки цьому досягається безпека процесу (суміш газоподібних хлору і етилену вибухонебезпечна) і поліпшуються умови теплопередачі від реакційної маси до охолоджувального агенту. Відведення реакційного тепла значно полегшується, і повністю усувається можливість місцевих перегрівів. Крім того, в середовищі дихлоретану процес протікає аутокаталітіческі і швидкість реакцій значно вище, ніж при взаємодії газоподібних етилену і хлору При взаємодії етилену з хлором, крім продукту приєднання хлору по подвійному зв'язку (1,2-дихлоретану), утворюються також продукти заміщення - трихлоретан, тетрахлоретан і вищі полихлоридов:
Реакції заміщення прискорюються з підвищенням температури (рис. 2). З малюнка видно, що при температурах від -30 до -20 е С виходить майже виключно дихлоретан, в той час як при + 20 ° С утворюється переважно трихлоретан. При подальшому підвищенні температури відбувається більш глибоке заміщення з утворенням тетрахлоретана. Лімітування процесу відбувається з боку хімічної реакції. Згідно рис. 2 при збільшенні температури прискорюються реакції заміщення, а при зниженні температури - вихід дихлоретану.
Склад одержуваних продуктів різко змінюється, якщо в реакційне середовище вводити вільний кисень. При цьому утворення продуктів заміщення сповільнюється і навіть припиняється. Пояснюється це тим, що ланцюгова реакція заміщення в присутності кисню обривається. Ця обставина значно спрощує технологію виробництва дихлоретану. Тому при додаванні кисню можна проводити взаємодія етилену з хлором при 20-30 ° С і відводити тепло реакції холодною водою без охолодження розсолом необхідного при температурах нижче 0 ° С. Завдяки цьому спрощується апаратурне оформлення процесу і знижується собівартість дихлоретан.
Механізм інгібування киснем реакції заміщення атома водню атомом хлору точно не з'ясований. Припускають, що утворюються атоми хлору
Реагують з киснем за схемою
внаслідок чого число атомів хлору значно зменшується.
5. Апаратурно-технологічна схема виробництва дихлоретану
У промислових умовах хлорування етилену для отримання дихлоретану проводять в вертикальних циліндричних хлоратора; тепло реакції відводиться холодною водою, що циркулює в змеевиках і сорочці апарату. Хлоратор доверху заповнений дихлоретаном, через який барботируют реагують гази - етилен і хлор. Гази повинні бути попередньо ретельно осушені, так як вологий хлор, частково гідролізуючись, надає корозійне дію на сталеву апаратуру. При досить повної осушування вихідних газів всю реакційну апаратуру і трубопроводи можна виготовляти зі звичайної вуглецевої сталі.
Етилен надходить з розділових установок глибокого охолодження досить висушеним, і додаткової осушки його не потрібно. З етилену, що виділяється іншими способами, наприклад гіперсорбціей, волога повинна бути видалена твердими поглиначами або виморожуванням. Застосовувати для осушування етилену сірчану кислоту не рекомендується, так як в її присутності відбувається осмоленого і сульфування неграничних вуглеводнів, що містяться в етиленової фракції. Для осушення хлору застосовують концентровану сірчану кислоту, але зазвичай хлор надходить з хлорного заводу вже висушеним. При роботі з недостатньо осушених вихідними газами потрібно освінцовивать внутрішні стінки хлоратора, охолоджуючих змійовиків і мішалок.
Технологічна схема промислового виробництва дихлоретану показана, на рис. 1. У газовій суміші, що надходить в хлоратор 1. повинен міститися надлишок етилену (5-10% від стехіометричного кількості), необхідний для повного зв'язування хлору. Присутність хлору в реакційних газах неприпустимо, так як взаємодія хлору з вуглеводнями в неохолоджуваному трубопроводі може привести до підвищення температури і займання вуглеводнів. Хлор, що подається в хлоратор, розбавляють
Рис.1. Схема виробництва дихлоретану з етилену і хлору:
1 - хлоратор; 2 - збірка дихлоретану-сирцю; 3 - конденсатор змішання; 4 - холод-дільнік; 5 - промивної скрубер; 6 - нейтралізатор; 7, 13 - роздільники; 8 - збірник лугу; 9 - збірник нейтралізованого дихлоретану; 10, 14 - ректифікаційні колони; 11, 15 - кип'ятильники; 12, 16 - дефлегматори; 17 - холодильник.
повітрям (8-10% від обсягу реагують газів); це дає можливість проводити хлорування етилену при 20-30 ° С.
Для кращого контакту між реагують газами і більш повного розчинення їх в діхлоретане в хлоратори встановлена пропелерна мешалка. Утворений дихлоретан-сирець з хлоратора самопливом безупинно перетікає в збірник 2.
Відходять з хлоратора гази (що не прореагував етилен) газоподібні домішки, що містяться в вихідному етилену і хлорі, повітря) захоплюють значну кількість парів дихлоретану і частина хлористого водню, що утворюється в результаті реакцій заміщення. Тому з газів, що відходять виділяють дихлоретан або абсорбцією розчинниками (гас і ін.), Або конденсацією, як показано на схемі. Відходять гази надходять в насадок конденсатор змішання 3, змонтований над холоділишком 4. У верхню частину конденсатора змішання подають з холодильника 4 охолоджений до -20 ° С дихлоретан для зрошення, насадки. Гази, що надходять в нижню частину конденсатора змішання, проходять насадку знизу вгору протитечією до діхлоретане і охолоджуються до -15 ° С, завдяки чому майже всі пари дихлоретану конденсуються. Сконденсувалася дихлоретан змішується з дихлоретаном, що подається на зрошення, і надходить в холодильник 4, де знову охолоджується до -20 ° С. Гази, що відходять з верхньої частини конденсатора змішання, відмиваються водою в скрубері 5 від хлористого водню і йдуть в атмосферу.
Дихлоретан-сирець із збірки 2 перекачується в апарат 6, де при перемішуванні проводиться нейтралізація розчиненого в діхлоретане хлористого водню 5-10% -ним розчином їдкого натру. Нейтралізований дихлоретан відділяється в роздільник 7 від розчину лугу і стікає в збірник 9. з якого надходить на осушку і ректифікацію. Осушення дихлоретан проводиться в ректифікаційної колоні 10, в нижній частині якої підтримується температура 75-85 ° С. З колони відганяється азеотропная суміш дихлоретану з водою, конденсується в дефлегматоре 12 і частково повертається на зрошення колони 10. Дистиллят розшаровується в роздільник 13; вода прямує на очисну станцію і далі в каналізацію, а дихлоретан повертається до збірки 9. З кубової частини колони 10 стікає зневоднений дихлоретан, що надходить далі в ректифікаційної колони 14, де дихлоретан-дистилят відокремлюється від трихлоретан і полихлоридов (кубовая рідина).