Отримання дихлоретану з етилену контрольна з хімії скачати безкоштовно реакції газ взаємодія
Московський державний університет імені М. В. Ломоносова (МДУ імені М. В. Ломоносова)
Отримання дихлоретану з етилену контрольна з хімії скачати безкоштовно реакції газ Взаємодія
Додати в обране
Поскаржитись на документ
Кількість балів, необхідну для скачування
3 сторінка на 13 сторінках
3 сторінка на 13 сторінках
3 сторінка на 13 сторінках
ОТРИМАННЯ дихлоретан З ЕТИЛЕНУ
1. Товарні і технологічні властивості дихлоретан, області
Дихлоретан (хлористий етилен) CH2Cl-CH2Cl - 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 72оС.
Дихлоретан загоряється насилу, 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 / м3.
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:
1) взаємодія етилену з хлором в середовищі
рідкого дихлоретану при 20-30 ° С;
2) пропускання етилену через рідкий хлор при
підвищеному тиску і температурі не вище 0 ° С;
3) взаємодія етилену з хлором при підвищених температурах
(До 120 ° С) над різними каталізаторами. (CuCl2, FeCl3, SbCl5, тваринний
4) 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:
CH2 = CH2 + Cl2 → СН2Сl-СН2Сl? Н = - 48 ккал
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
дихлоретан процес протікає аутокаталітіческі і швидкість реакцій
значно вище, ніж при взаємодії газоподібних етилену і хлору
При взаємодії етилену з хлором, крім продукту приєднання хлору
за подвійним зв'язком (1,2-дихлоретану), утворюються також продукти заміщення
- трихлоретан, тетрахлоретан і вищі полихлоридов:
CH2 = CH2 + 3Cl2 → СНСl2-СНСl2 + 2HCl і т.д.
Реакції заміщення прискорюються з підвищенням температури (рис. 2). з
малюнка видно, що при температурах від -30 до -20е З 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 реакційну
середу вводити вільний кисень. При цьому утворення продуктів
заміщення сповільнюється і навіть припиняється. Пояснюється це тим, що
ланцюгова реакція заміщення в присутності кисню обривається. це
обставина значно спрощує технологію виробництва
дихлоретан. 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
Реагують з киснем за схемою
Cl2 · + О2 → Cl - O - O ·
ClO · + ClO · → Cl2 + O2 і т.д.
внаслідок чого число атомів хлору значно зменшується.
5. Апаратурно-технологічна схема виробництва дихлоретану
У промислових умовах хлорування етилену для отримання
дихлоретан 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,
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
дихлоретан; 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
мішалка. 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 -20о 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
луги 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 в
збірник 9. З кубової частини колони 10 стікає зневоднений дихлоретан,
що надходить далі в ректифікаційної колони 14, де діхлоретан-
дистилят відокремлюється від трихлоретан і полихлоридов (кубовая рідина).
6. Розрахунок матеріального балансу процесу хлорування етилену
Дані для розрахунку:
На підставі табл. 4.1 [1] визначаємо виходи продуктів реакції при
температурі 255 К:
Мал. 2. Вихід продуктів реакції.
На підставі рис. 2 дані по виходу продуктів реакції зводимо в
Вихід продуктів реакції при Т = 265К Склад продуктів хлорування,% (мас.)
Вищі хлориди 3,2
Надлишок етилену в% від стехіометрії 10
У діхлоретане розчиняється 50% хлористого водню
Тиск в системі, МПа 0,89
Продуктивність установки, т / рік
Число робочих днів у році 350
Склад хлору і етиленової фракції
Склад хлору,% (об.) Склад етиленової фракції,% (об.)
Cl2 CO2 H2 N2 C2H4 C2H6 C3H6
98 1,2 0,3 0,5 92,0 6,0 2,0
Годинна продуктивність установки по діхлоретане становить:
При цьому утворюється: