Химия и технология гидрохлорирования ацетилена

     Технологическая схема производства хлористого винила 

     Гидрохлорирование ацетилена можно проводить в  жидкой или в газовой фазе. При  гидрохлорировании ацетилена в  газовой фазе в качестве катализатора используют активный уголь, пропитанный  солянокислым или водным раствором хлорной ртути (10% от количества угля).

     Хлорная ртуть реагирует с ацетиленом, образуя промежуточное ртутьорганическое  соединение: 

                                     CH  H                         

                                     ½      ½

  CH º CH + HgCl₂ ® C = C

                                      ½    ½

                                      H    HgCl  

     При взаимодействии с этим соединением  хлористого водорода образуется хлористый  винил и регенерируется хлорная  ртуть: 

   Cl    H                                               

   ½     ½                                        

   C = C      + HCl ® CHCl = CH₂ + HgCl₂

   ½     ½                                

   H    HgCl 

     Ацетилен, направляемый на гидрохлорирование, предварительно подвергают осушке, а для удаления влаги из катализатора через него перед гидрохлорированием пропускают хлористый водород. Образующаяся соляная кислота стекает, не вымывая сулему из угля.

     В процессе гидрохлорирования применяется  синтетический высококонцентрированный  хлористый водород, который должен быть тщательно очищен от свободного хлора, так как при реакции ацетилена с хлором происходит взрыв. Благодаря применению концентрированного хлористого водорода оборотный ацетилен значительно меньше разбавляется инертными газами; в связи с этим облегчается конденсация хлористого винила и уменьшаются его потери с отходящими газами. Для наиболее полного связывания ацетилена, присутствие которого в продуктах реакции крайне нежелательно, в исходной газовой смеси должен быть избыток хлористого водорода (5—10 объемн.%).

     Технологическая схема синтеза хлористого винила из ацетилена и хлористого водорода в газовой фазе приведена на рисунке 1. Концентрированный ацетилен (97—99%-ный), очищенный от РН₃, NH₃ и других вредных примесей, компрессором 2 нагнетается в систему под избыточным давлением 0,5 ат и охлаждается до 3— 5° С в холодильнике 4 рассолом, циркулирующим в межтрубном пространстве. После отделения в сепараторе 5 от сконденсированной влаги ацетилен поступает на окончательную осушку в аппарат 6, заполненный твердой едкой щелочью. Осушенный ацетилен смешивается с сухим хлористым водородом в смесителе 7. Газовая смесь поступает в трубчатый контактный аппарат 8, предварительно нагретый до 110—120°С горячим маслом, циркулирующим в межтрубном пространстве аппарата.

     Реакция образования хлористого винила протекает  с выделением тепла (26 ккал/моль). Избыточное тепло отводится циркулирующим в межтрубном пространстве, контактного аппарата 8 маслом или водой, которые охлаждаются до 70°С в выносном холодильнике (на схеме не показан). По мере старения катализатора температуру процесса постепенно повышают до 180°С.

     При повышенных температурах хлорная ртуть  начинает возгоняться. Так как у  входа в реактор реакция протекает  наиболее интенсивно, пары сулемы вместе с исходными газами и продуктами реакции начинают перемещаться вдоль катализаторных труб, а в менее горячей части пары сулемы конденсируются. В результате этого создается как бы «подвижный фронт» катализатора. При исчерпывании сулемы из активного угля каталитическая активность понижается и в контактных газах появляется несвязанный ацетилен.

     Было  предложено для увеличения срока  службы катализатора периодически изменять направление движения реакционной  смеси на обратное — в этом случае сулема должна была бы перемещаться от одного конца катализаторной трубы к другому, а затем в обратном направлении. Если процесс проводить при температурах до 120°С, потери сулемы в значительной мере уменьшаются.

     Появление в контактных газах свободного ацетилена  указывает на значительное понижение активности катализатора и на необходимость замены его свежим. Выгрузка отработанного катализатора из контактного аппарата производится пневматически — путем отсасывания через гибкий шланг, присоединенный к вакуумсборнику, через систему циклонов и сепараторов.

     В контактном аппарате 8, кроме основной реакции гидрохлорирования, протекают и побочные реакции, в частности образование несимметрического дихлорэтана в результате присоединения хлористого водорода к хлористому винилу по правилу Марковникова: 

     CHCl = CH₂ = HCl ® CHCl₂ ¾ CH₃  

     В результате гидратации ацетилена образуется также некоторое количество ацетальдегида. Поэтому в контактных газах, содержащих примерно 93 вес.% хлористого винила, 5 вес.% хлористого водорода и 0,5 вес.% ацетилена, присутствует 0,3 вес.% паров несимметрического дихлорэтана и 0,3 вес.% ацетальдегида. Эта смесь для удаления хлористого водорода поступает насадочный скруббер 9 из углеродистой стали, футерованный изнутри поливинилхлоридом. В скруббере 10, орошаемом 40%-ным раствором щелочи, из газов удаляется двуокись углерода.

 

      Рисунок 1.

     Схема производства хлористого винила газофазным гидрохлорированием ацетилена:

     

1. гидравлический затвор;
2. ротационный водокольцевой компрессор;
3. водоотделитель;

     4, 11, 17- холодильники;

     5- сепаратор;

     6, 12- аппараты для осушки;

     7- смеситель

     8- контактный аппарат

     9, 10- скрубберы

     13- дистилляционная колонна

     14- конденсатор

     15- аппарат для выделения газа

     16- отгонная колонна

     18- сборник хлористого винила 

     После щелочной промывки контактный газ охлаждается  до —10°С рассолом (температура рассола  —30° С) в холодильнике 11, где происходит вымораживание большей части влаги, и поступает в осушитель 12, заполненный твердой кусковой щелочью. Образующийся раствор щелочи периодически, отводится из нижней части осушителя и используется для промывки газов в скруббере 10. В осушителе 12 контактный газ полностью очищается от влаги и большей части ацетальдегида. Очистку хлористого винила от дихлорэтана и остатков ацетальдегида проводят путем дистилляции в тарельчатой колонне 13, орошаемой жидким хлористым винилом, охлажденным до —30° С. Кубовая жидкость из колонны 13 может быть использована как растворитель.

     Выходящий из колонны 13 хлористый винил конденсируется в кожухо-трубном конденсаторе 14, охлаждаемом рассолом (температура рассола —35° С); жидкий хлористый винил самотеком поступает в куб аппарата 15. Верхняя часть этого аппарата представляет собой колонну-холодильник, охлаждаемую аммиаком, испаряющимся при разрежении и —55°С. Здесь из хлористого винила отгоняются растворенные ацетилен и инертные газы. Из кубовой части аппарата 15 некоторое количество жидкого хлористого винила поступает на орошение колонны 13, а основная часть его перетекает в насадочную колонну 16 для окончательной очистки от ацетилена. Верхняя часть колонны 16 представляет собой рассольный холодильник (температура —30°С). Выходящий из нее газ, содержащий 1—5% ацетилена, возвращается в колонну 13. Из куба колонны 16 непрерывно вытекает очищенный жидкий хлористый винил. На 1 т 100%-ного хлористого винила, получаемого описанным способом, расходуется около 0,45 г ацетилена, 0,67 т хлористого водорода и 0,2—0,5 кг сулемы. Синтез хлористого винила из ацетилена и хлористого водорода в газовой фазе отличается большими достоинствами (непрерывностью процесса, простотой аппаратурного оформления, высоким коэффициентом использования исходных соединений), однако недостатком этого процесса является относительная дороговизна ацетилена по сравнению с другими исходными углеводородами.  
 
 

     Список  литературы 

1. Кутепов А.М., Бондарева Т.И., Беренгартен М.Г. Общая химическая технология. М.:Высш. Школа, 2005. 520с.
2. Расчеты химико-технологических процессов / Под ред. И.П. Мухленова. Л.: Химия, 2008, 300с.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное  учреждение высшего 

профессионального образования 

ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ 
 
 
 

       Контрольная работа

       по  курсу «Технология  отраслевого производства»

       тема: «Химия и технология гидрохлорирования  ацетилена» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил  студент: Бикмулаева Л.Д

20082483 гр. ЭЗК 281 С

                                                    Проверил: Ущенко В.П.      
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Волгоград 2010

Содержание 

Технологическая схема производства хлористого винила……………………..

Список  литературы…………………………………………………………………