Главное меню

Карта сайта
Главная
Курсовые работы
Отчеты по практикам
Лабораторные работы
Методические пособия
Рефераты
Дипломы
Лекции



Производство дихлорэтана оксихлорированием этилена

Задание на проектирование

Выполнить проект реакторного узла для получения 1,2 – дихлорэтана оксихлорированием этилена. В реактор с псевдоожиженным слоем катализатора встроено теплообменное устройство в виде вертикального змеевика, в котором из кипящего под давлением 0,8 МПа конденсата образуется водяной пар. В верхней части реактора смонтирован циклон для отделения частиц катализатора, увлекаемых восходящим потоком газовой смеси. Производительность установки по готовому продукту составляет G=3,7 кг/с. Процесс протекает при температуре t=220С и давлении Р=0,35МПа. Степень конверсии этилена достигает аС2Н4=97,0%, степень конверсии хлороводорода – аНС1 = 98,7%, выход 1,2 – дихлорэтана в расчете на превращенный этилен составляет в = 0,93%. Объемная скорость газовой смеси на входе в реактор V = 375 1/ч. Насыпная плотность катализатора 1050 кг/м3, плотность частиц катализатора 1750 кг/м3, средний диаметр частиц катализатора 150 мкм.

Рассчитать реактор оксихлорирования, площадь поверхности теплообмена змеевика и циклон для отделения частиц катализатора.

Представить технологическую схему установки и выполнить чертеж реактора.

Введение

В настоящее время основным способом производства винилхлорида-мономера из этилена является так называемый «сбалансированный» процесс с утилизацией хлороводорода, образующегося на стадии пиролиза 1,2-дихлорэтана. На стадии получения 1,2-дихлорэтана оксихлорированием этилен, воздух и хлороводород подают в реактор с псевдоожиженным слоем катализатора - Al2O3 /5,5% ( CuCl2+Cu2 Cl2), где протекает целевая реакция:

CH2=CH2 + 0,5O2 + 2HCl à CH2Cl-CH2Cl + H2O; - H0298 = 239кДж/моль.

Процесс ведут при температуре 210-2300 С, давлении 0,35-0,50МПа и молярном отношении исходных веществ CH2=CH2:O2 : HCl=1 : (0,75-0,80) : (1,85-1,90). Теплоту экзотермических реакций отводят с помощью встроенного теплообменника, в котором из кипящего под давлением конденсата образуется водяной пар. В таких условиях степень конверсии этилена достигает 98,0-98,5%, хлороводорода – 99,6-99,8%, выход 1,2-дихлорэтана в расчете на превращенный этилен составляет 94,0%.

Основной способ проведения оксихлорирования – газофазный процесс с использованием катализаторов на носителях. В качестве катализаторов применяют соединения меди, щелочных, редкоземельных и некоторых других металлов на пористых носителях разного состава и строения.

В зависимости от исходного углеводородного сырья и температуры процессы оксихлорирования могут осуществляться по различным механизмам, обобщенные схемы которых были предложены в НИФХИ им.Л.Я.Карпова

Схема I. Сопряжение реакции окисления хлористого водорода

2HCl + ½ O2 → Cl2 + H2O (1)

с реакцией заместительного хлорирования предельных углеводородов:

HR1R2H + Cl2 → HR1R2Cl + HCl (2)

HR1R2Cl + Cl2 → ClR1R2Cl + HCl(21)

Схема II. Сопряжение реакций (1) и (2) схемы I с реакцией дегидрохлорирования предельных хлорпроизводных углеводородов.

HR1R2Cl → R1=R2 + HCl(3)

ClR1R2Cl → R1=R2Сl + HCl (31)

Схема III. Реакция присоединительного оксихлорирования непредельных углеводородов.

R1=R2 + 2HCl + ½ O2 → ClR1R2Cl + Н2О(4)

Схема IV. Реакция заместительного оксихлорирования непредельных углеводородов.

R1=R2Н + HCl + ½ O2 → R1=R2Cl + Н2О(5)

Учитывая также побочные реакции глубокого окисления до моно- и диоксида углерода, можно сделать вывод о том, что оксихлорирование углеводородов является сложным, многомаршрутным процессом, условия которого должны подбираться в зависимости от поставленной задачи.

Основой для процесса оксихлорирования послужила газофазная реакция окисления хлористого водорода, открытая Диконом в 1868г.

Окисление хлористого водорода до хлора – обратимая реакция, протекающая обычно при температуре около 400 0С. Зависимость константы равновесия от температуры имеет вид :

lg Kp = 6104,0 / T - 7,0994

Величины Kp и степени конверсии HCl и O2 заметно снижаются с повышением температуры процесса. Увеличение избытка кислорода и повышение давления приводит к увеличению степени конверсии HCl и содержания Cl2 в реакционной смеси. Но в интервале температур 600-700К, когда скорость процесса достаточно высока, равновесная конверсия HCl не достигает 90%.

При совместном протекании реакций Дикона (1) и хлорирования (2), (21) равновесие реакции сдвигается за счет расходования хлора, вследствие чего может иметь место практически полное превращение HCl. По этой причине все реакции оксихлорирования алканов, алкенов, а также их хлорпроизводных практически необратимы в рабочем интервале температур [5].

Общепринятой является точка зрения, согласно которой в условиях окисления HCl и высокотемпературного оксихлорирования каталитически активные компоненты, как правило, смеси хлоридов меди, щелочных и редкоземельных элементов, находятся на поверхности носителя в состоянии расплава. Появление в процессе хлоридов одновалентной меди, как и введение в систему хлоридов щелочных металлов, приводит к снижению температур плавления эвтектик в используемых катализаторах

На основе результатов кинетических и адсорбционных исследований была предложена общая схема реакции Дикона в присутствии хлормедных катализаторов [3, 6, 7]:

быстро 2CuCl2→← 2CuCl + Cl2 медленно2CuCl + O2 →←Cu2O2Cl2 быстроCu2O2Cl2 + 4HCl→← 2CuCl2 + Cl2 +2H2O

Этой схеме соответствует следующее кинетическое уравнение:

r = 4 k K [CuCl2]2 PO2 / PCl2 = k1 PO2 / PCl2

где К – константа равновесия термической диссоциации хлорида меди;
k – константа скорости адсорбции кислорода.