birmaga.ru
добавить свой файл

1 2 ... 9 10

Содержание


Введение


  1. Выбор и обоснование метода производства 1,2 – дихлорэтана

  2. Химические и физико-химические основы производства

1,2 – дихлорэтана

  1. Характеристика сырья, продуктов и вспомогательных материалов

3.1 Характеристика сырья

3.2 Характеристика готовой продукции

3.3 Характеристика побочной продукции

  1. Описание технологической схемы получения 1,2 – дихлорэтана

  2. Материальный баланс

6 Расчет теплового баланса реактора прямого хлорирования этилена

7 Технологические расчеты

7.1 Определение основных размеров реактора

7.2 Определение диаметра основных патрубков

7.3 Расчет теплообменника Т-1

8 Механические расчеты

8.1 Расчет реактора прямого хлорирования этилена

8.2 Определение толщины тепловой изоляции

8.3 Расчет теплообменника

9 Аналитический контроль процесса

10 Автоматизация

10.1 Анализ объектов управления

10.2 Спецификация на приборы и средства автоматизации

11 Безопасность жизнедеятельности

11.1 Характеристика и анализ опасных производственных и вредных

факторов

11.2 Производственная санитария

11.3 Расчет освещения производственного помещения

11.4 Техника безопасности

12 Охрана природы

13 Экономика и организация производства

Вывод

Список литературы

Введение
Производство дихлорэтана тесно связано с винилхлоридом, поэтому современные варианты получения винилхлорида содержат технологические схемы получения дихлорэтана, как полупродукта для переработки в винилхлорид. Из винилхлорида получают поливинилхлорид, занимающего по объему выпуска второе место после полиэтилена среди полимерных материалов. [1]

Все процессы хлорирования можно подразделить на две основные группы: жидкофазные и газофазные. Преимущества первых состоят в применении умеренных температур (до 100–1200С) и легкости отвода тепла благодаря высоким коэффициентам теплоотдачи от жидкости к стенке.


Дихлорэтан – бесцветная летучая жидкость со сладковатым запахом. Дихлорэтан смешивается во всех отношениях со спиртами, бензолом, ацетоном и другими органическими соединениями.

Дихлорэтан находит широкое применение в различных областях промышленности и как растворитель: для очистки нефтепродуктов от парафинов, для экстрагирования жиров, для обезжиривания шерсти, мехов, а также для очистки металлических изделий перед хромированием или никелированием. Производство дихлорэтана является одним из важнейших факторов в производственной цепи получения полимеров, конечная цель которого получение полимерных и синтетических материалов (пластмасс), без которых нельзя представить жизнь современного общества. [1]

Сырьем для получения 1,2 – дихлорэтана являются этилен и хлор.

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 π-комплекса.
FeC13 δ+

СН2 = СН2 +С1 – С1 СН2 = СН2 CH2 – СН2+ + С1 CH2 – СН2

С1 – С1δ С1 С1 С1

π – комплекс карбоний катион
Роль хлорного железа состоит в том, что оно активирует молекулы хлора, ингибирует цепочки радикалов, ускоряет стадию перехода π – комплекса в σ – комплекс и образованию комплекса
FеС13 + С12 FеС14- + Сl+

Хлорное железо играет роль не только катализатора присоединения, но и ингибитора радикальных процессов.
FеС13 + Ŕ 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 δ+

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

Н – 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 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, го
товых 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 99,9

не более 0,005

не более 0,1

не более 0,001

Хлор (С12)

ГОСТ 6718 – 93

  1. объемная доля хлора, %

  2. объемная доля воды, %

  3. объемная доля кислорода, %

не менее 97,6

не более 0,01

не более 2,0



следующая страница >>