1,2-дихлорэтан хлорированием этилена

                                           Содержание

Введение…………………………………………………………………………...3                                                                                                                                                                                 

1. Теоретические  основы процесса                          

             1.1 Химизм и механизм процесса……………………………………….4                                                                              

             1.2 Роль термодинамики и кинетики в выборе условий процесса……5

             1.3 Пути промышленного применения основного и побочных продуктов………………………………………………………………………….7

2. Технологические основы процесса

              2.1 Требования к исходному сырью……………………………………8

              2.2 Аппаратурно-технологическая схема производства дихлорэтана............................................................................................................10

3. Технико-экономическая  оценка процесса

             3.1 Безопасность жизнедеятельности………………………….………13

             3.2 Производственная санитария……………………………………....14

            3.3 Техническая безопасность……………………………………….…16

             3.4 Электробезопасность…………………………………………….…18

             3.5 Пожарная безопасность…………………………………………….20

             3.6 Молниезащита………………………………………………………24

Список использованной литературы…………………………………………...25 
 
 
 
 

                                                    Введение

     Дихлорэтан (хлористый этилен) CH₂Cl—CH₂Cl — бесцветная летучая жидкость со специфическим запахом, напоминающим запах хлороформа (т.кип. 83,7°С; т.пл. -35,3°С; теплота испарения 77,3 ккал/кг). С водой образует азеотропную смесь (80,5% дихлорэтана), кипящую при 72^оС. Дихлорэтан загорается с трудом, горит светящимся пламенем с зеленой каймой, при горении выделяется хлористый водород. Горящий дихлорэтан может быть легко погашен водой. Пары дихлорэтана образуют с воздухом взрывоопасные смеси с пределами взрываемости 4,8—15,9 %(об.).

     Дихлорэтан  смешивается во всех отношениях со спиртами, бензолом, ацетоном и многими  другими органическими соединениями; хорошо растворяет масла, жиры, смолы, воска, каучук, алкалоиды, а также  некоторые неорганические вещества, например серу, желтый фосфор, иод и др.

     Дихлорэтан  ядовит и обладает наркотическим  действием, поэтому при работе с  ним надо соблюдать осторожность. Вдыхание паров дихлорэтана вызывает головные боли, раздражение дыхательных  путей, кашель и может привести к смерти. Предельно допустимая концентрация паров дихлорэтана в воздухе производственных помещений 10 мг/м³ [1]. 

          
 
 
 
 
 
 

1. Теоретические основы процесса.

1.1 Химизм и механизм процесса

     Существуют  несколько способов получения дихлорэтана  из этилена:

1. взаимодействие этилена с хлором в среде жидкого дихлорэтана при 20—30° С;
2. пропускание этилена через жидкий хлор при повышенном давлении и температуре не выше 0° С;
3. взаимодействие этилена с хлором при повышенных температурах (до 120° С) над различными катализаторами .(CuCl₂, FeCl₃, SbCl₅, животный уголь и др.);
4. взаимодействие этилена, хлористого водорода и кислорода воздуха над медным катализатором при 300°С:

     CH₂=CH₂+2HCl+0,5О₂ → СН₂Сl—СН₂Сl+Н₂О 

     В промышленности распространен главным  образом первый способ, технологически разработанный А. Ф. Добрянским с сотрудниками. Они доказали возможность использования для получения дихлорэтана не только чистого этилена, но и этиленсодержащиж смесей, например этиленовой фракции газов пиролиза нефтяного сырья и этиленовой фракции коксового газа. По второму способу для достижения высокого выхода дихлорэтана требуются высококонцентрированный этилен и жидкий хлор. Кроме того, реакция образования дихлорэтана в этом случае протекает при избытке хлора, что приводит к образованию не только дихлорэтана, но и других продуктов хлорирования этилена. Недостатками остальных способов являются невысокий выход дихлорэтана вследствие образования побочных продуктов замещения, а также трудности очистки дихлорэтана[1].

 

     

1.2 Роль термодинамики и кинетики в выборе условий процесса

     Процесс получения дихлорэтана является гетерогенной сложной реакцией. Реакция  необратимая эндотермическая, протекает  без применения катализатора при  низкой температуре.

     Реакция присоединения хлора к этилену протекает с выделением большого количества тепла:

     CH₂=CH₂+Cl₂ → СН₂Сl—СН₂Сl  ΔН= - 48 ккал

     При получении дихлорэтана взаимодействием этилена с хлором в среде жидкого дихлорэтана, который растворяет оба газа, реакция протекает фактически в жидкой фазе. Благодаря этому достигается безопасность процесса (смесь газообразных хлора и этилена взрывоопасна) и улучшаются условия теплопередачи от реакционной массы к охлаждающему агенту. Отвод реакционного тепла значительно облегчается, и полностью устраняется возможность местных перегревов. Кроме того, в среде дихлорэтана процесс протекает аутокаталитически и скорость реакций значительно выше, чем при взаимодействии газообразных этилена и хлора При взаимодействии этилена с хлором, кроме продукта присоединения хлора по двойной связи (1,2-дихлорэтана), образуются также продукты замещения — трихлорэтан, тетрахлорэтан и высшие полихлориды:

     CH₂=CH₂+2Cl₂ → СН₂Сl—СНСl₂+HCl

     CH₂=CH₂+3Cl₂ → СНСl₂—СНСl₂+2HCl и т.д.

     

     Реакции замещения ускоряются с повышением температуры (рис. 1). Из рисунка видно, что при температурах от —30 до —20^е С получается почти исключительно дихлорэтан, в то время как при +20° С образуется преимущественно трихлорэтан. При дальнейшем повышении температуры происходит более глубокое замещение с образованием тетрахлорэтана. Лимитирование процесса происходит со стороны химической реакции. Согласно рис. 1 при увеличении температуры ускоряются реакции замещения, а при понижении температуры – выход дихлорэтана.

     Состав  получаемых продуктов резко изменяется, если в реакционную среду вводить  свободный кислород. При этом образование  продуктов замещения замедляется  и даже  прекращается. Объясняется  это тем, что цепная реакция замещения  в присутствии кислорода обрывается. Это обстоятельство значительно  упрощает технологию производства дихлорэтана. Поэтому при добавлении кислорода  можно проводить взаимодействие этилена с хлором при 20—30° С и отводить тепло реакции холодной водой без охлаждения рассолом требуемого при температурах ниже 0°С. Благодаря этому упрощается аппаратурное оформление процесса и понижается себестоимость дихлорэтана.

     Механизм  ингибирования кислородом реакции  замещения атома водорода атомом хлора точно не выяснен. Предполагают, что образующиеся атомы хлора

     Cl₂ → Cl· +Cl·

     Реагируют с кислородом по схеме

     Cl₂·+О₂ → Cl – O – O·

     Cl – O – O·→ Cl·

     ClO· +ClO·  →  Cl₂+O₂ и т.д.

     вследствие  чего число атомов хлора значительно  уменьшается.[1]

     1.3 Пути промышленного применения основного и побочных продуктов

      Дихлорэтан применяется как растворитель в самых различных областях: для экстрагирования жиров, для очистки нефтепродуктов от парафина, для обезжиривания шерсти, мехов, а также металлических изделий перед хромированием или никелированием, для извлечения восков (монтан-воск) из бурых углей и т. д. Он является также полупродуктом для многих промышленных синтезов. Значительные количества дихлорэтана расходуются на получение хлористого винила[1].

     Трихлорэтан. Используют для холодной очистки  металлических поверхностей, в т. ч. содержащих цветные металлы (Al, Cu и др.) и их сплавы, как растворитель масел, жиров, дегтя, восков и т.д., для обезжиривания электронной аппаратуры, печатных плат, высокочувствительных приборов. Является обычным компонентом таких хозяйственных продуктов, как корректирующая жидкость для пишущих машинок, средства для снятия краски, клея и пятен.

     Тетрахлорэтан. Применяют его для производства трихлорэтилена. 
 
 
 
 
 
 
 

     2. Технологические основы процесса

     2.1 Требования к исходному сырью

     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 [2].

     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 [2].

     Таблица 1

 
 
 

     2.2 Аппаратурно-технологическая схема производства дихлорэтана

     В промышленных условиях хлорирование этилена  для получения дихлорэтана проводят в вертикальных цилиндрических хлораторах; тепло реакции отводится холодной водой, циркулирующей в змеевиках  и рубашке аппарата. Хлоратор доверху  заполнен дихлорэтаном, через который  барботируют реагирующие газы — этилен и хлор. Газы должны быть предварительно тщательно осушены, так как влажный хлор, частично гидролизуясь, оказывает коррозионное действие на стальную аппаратуру. При достаточно полной осушке исходных газов всю реакционную аппаратуру и трубопроводы можно изготовлять из обычной углеродистой стали.