Получение дихлорэтана из этилена
Подождите немного. Документ загружается.
КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА ОБЩЕЙ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ
Расчетная работа:
«Получение дихлорэтана из этилена»
Казань, 2009 г.
Получение дихлорэтана из этилена.
Дихлорэтан (хлористый этилен) CH2Cl-CH2Cl – бесцветная летучая
жидкость со специфическим запахом, напоминающим запах хлороформа. С
водой образует азеотропную смесь (80.5% дихлорэтана), кипящую при 72°C.
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 объемн. %.
Дихлорэтан смешивается во всех отношениях со спиртами, бензолом,
ацетоном и многими другими органическими соединениями; хорошо
растворяет масла, жиры, смолы, воска, каучука, алкалоиды, а также
некоторые неорганические вещества, например серу, желтый фосфор, йод 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.
Технологическая схема промышленного производства дихлорэтана
показана на рис. 1. В газовой смеси, поступающей в хлоратор 1, должен
содержаться избыток этилена (5-10% от стехиометрического количества),
необходимый для полного связывания хлора. Присутствие хлора в
реакционных газах недопустимо, так как взаимодействие хлора с
углеводородами в неохлаждаемом трубопроводе может привести к
повышению температуры и воспламенению углеводородов. Хлор,
подаваемый в хлоратор, разбавляют воздухом (8-10% от объема
реагирующих газов); это дает возможность проводить хлорирование этилена
при 20-30°C.
Для лучшего контакта между реагирующими газами и более полного
растворения их в дихлорэтане в хлораторе установлена пропеллерная
мешалка. Образующийся дихлорэтан-сырец из хлоратора самотеком
непрерывно перетекает в сборник 2.
Отходящие из хлоратора газы (не прореагировавший этилен,
газообразные примеси, содержащиеся в исходном этилене и хлоре, воздух)
увлекают значительное количество паров дихлорэтана и часть хлористого
водорода, образующегося в результате реакций замещения. Поэтому из
отходящих газов выделяют дихлорэтан либо абсорбцией растворителями
(керосин и др.), либо конденсацией, как показано на схеме. Отходящие газы
поступают в насадочный конденсатор смешения 3, смонтированный над
холодильником 4. В верхнюю часть конденсатора смешения подают из
холодильника 4 охлажденный до -20°C дихлорэтан для орошения насадки.
Газы, поступающие в нижнюю часть конденсатора смешения, проходят
насадку снизу вверх противотоком к дихлорэтану и охлаждаются до -15°C,
2
благодаря чему почти все пары дихлорэтана конденсируются.
Сконденсировавшийся дихлорэтан смешивается с дихлорэтаном,
Рис.1. Схема производства дихлорэтана из хлора и этилена.
1-хлоратор; 2-сборник дихорэтана-сырца; 3-конденсатор смешения; 4-
холодиьник; 5-промывной скруббер; 6-нейтрализатор; 7,13-разделители; 8-
сборник щелочи; 9-сборник нейтрализованного дихлорэтана; 10,14-
ректификационные колонны; 11,15-кипятильники; 12,16-дефлегматоры; 17-
холодильник;
подаваемым на орошение, и поступает в холодильник 4, где вновь
охлаждается до -20°C. Газы, отходящие из верхней части конденсатора
смешения, отмываются водой в скруббере 5 от хлористого водорода и уходят
в атмосферу.
Дихлорэтан-сырец из сборника 2 перекачивается в аппарат 6, где при
перемешивании производится нейтрализация растворенного в дихлорэтане
хлористого водорода 5-10%-ным раствором едкого натра. Нейтрализованный
дихлорэтан отделяется в разделителе 7 от раствора щелочи и стекает в
сборник 9, из которого поступает на сушку и ректификацию. Осушка
дихлорэтана производится в ректификационной колонне 10, в нижней части
которой поддерживается температура 75-85°C. Из колонны отгоняется
азеотропная смесь дихлорэтана с водой, конденсирующаяся в дефлегматоре
12 и частично возвращаемая на орошение колонны 10. Дистиллят
расслаивается в разделителе 13; вода направляется на очистную станцию и
далее в канализацию, а дихлорэтан возвращается в сборник 9. Из кубовой
части колонны 10 стекает обезвоженный дихлорэтан, поступающий далее в
3
ректификационную колонну 14, где дихлорэтан-дистиллят отделяется от
трихлорэтана и полихлоридов (кубовая жидкость).
Задача №65
C2H4 + Cl2 CH2Cl-CH2Cl
C2H4 + 2Cl2 CHCl2-CH2Cl + HCl
C3H6 + Cl2 C3H6Cl2
Исходные данные Вариант
2
Производительность установки по дихлорэтану, кг/ч 3200
Состав технического хлора, % об.:
Хлор
Углекислый газ
Кислород
Азот
96
1.5
1.5
1.0
Состав технического этилена, % об.:
Этилен
Этан
Метан
Пропилен
96.5
2.0
0.5
1.0
Количество образующегося трихлорэтана, % масс. от количества
дихлорэтана
3.5
Избыток этилена по сравнению со стехиометрией, % масс. 6
Конверсия пропилена, % 90
Конверсия хлора, % 100
Потери дихлорэтана, % 4
4
C2H4Cl2 = 3200 – (3200 × 4 / 100)=3072 кг/ч
C2H3Cl3 = 3072 × 0.035 = 107.52 кг/ч
ν(C2H4Cl2) = 3072 / 99 = 31.0303 кмоль
C2H4 прев.(1) = 31.0303 × 28 = 868.85 кг/ч
Cl2(1) = 3072 × 71 / 99 = 2203.15 кг/ч
ν(C2H3Cl3) = 107.52 / 133.5 = 0.8054 кмоль
HCl = 0.8054 × 36.5 = 29.4 кг/ч
Cl2(2) = 107.52 × 2 × 71 / 133.5 = 114.37 кг/ч
C2H4 прев.(2) = 0.8054 × 28 = 22.53 кг/ч
C2H4 прев. = 868.85 + 22.53 = 891.38 кг/ч
или с учетом избытка 891.38 × 22.4 × 1.06 / 28 = 755.89 м³/ч
Расход технического этилена: 755.89 / 0.965 = 783.31 м³/ч
C2H4 подан. = 755.89 × 28 / 22.4 = 944.86 кг/ч
C2H6 = 783.31 × 0.02 = 15.67 м³/ч или 15.67 × 30 / 22.4 = 20.99 кг/ч
CH4 = 783.31 × 0.005 = 3.92 м³/ч или 3.92 × 16 / 22.4 = 2.8 кг/ч
C3H6 = 783.31 × 0.01 = 7.83 м³/ч или 7.83 × 42 / 22.4 = 14.68 кг/ч
C3H6 прев. = 14.68 × 90 / 100 = 13.21 кг/ч
C3H6 непр. = 14,68 – 13.21 = 1.47 кг/ч
Cl2(3) = 13.21 × 71 / 42 = 22.33 кг/ч
C3H6Cl2 = 13.21 × 113 / 42 = 35.54 кг/ч
C2H4 непр. = 944.86 – 891.38 = 53.48 кг/ч
Cl2 подан. = 22.33 + 2203.15 + 114.37 = 2339.85 кг/ч
5
или 2339.85 × 22.4 / 71 = 738.21 м³/ч
Cl2 техн. = 738.21 / 0.96 = 768.97 м³/ч
CO2 = 768.97 × 0.015 = 11.53 м³/ч или 11.53 × 44 / 22.4 = 22.65 кг/ч
O2 = 768.97 × 0.015 = 11.53 м³/ч или 11.53 × 32 / 22.4 = 16.47 кг/ч
N2 = 768.97 × 0.01 = 7.69 м³/ч или 7.69 × 28 / 22.4 = 9.61 кг/ч
Приход Расход
№ Компонент m, кг/ч % масс. № Компонент m, кг/ч % масс.
1.
2.
Cl2 техн.:
а) Cl2
б) CO2
в) O2
г) N2
C2H4 техн.:
а) C2H4
б) C2H6
в) CH4
г) C3H6
2388.58
2339.85
22.65
16.47
9.61
983.33
944.86
20.99
2.8
14.68
70.84
69.39
0.67
0.49
0.29
29.16
28.02
0.62
0.08
0.44
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10
11.
C2H4Cl2
C2H3Cl3
HCl
C3H6Cl2
C3H6 непр.
C2H4 непр.
CO2
O2
N2
C2H6
CH4
3072
107.52
29.4
35.54
1.47
53.48
22.65
16.47
9.61
20.99
2.8
91.11
3.19
0.87
1.05
0.04
1.59
0.67
0.49
0.29
0.62
0.08
Итого: 3371.91 100 Итого: 3371.93 100
α(C2H4) = 891.38 / 944.86 × 100% = 94.34%
α(C3H6) = 13.21 / 14.68 × 100% = 89.99%
S(Cl2) = 2203.15 / 2339.85 × 100% = 94.16%
S(C2H4) = 868.85 / 944.86 × 100% = 91.96%
β(C2H4Cl2) = 3072 / 3151.66 × 100% = 97.47%
γ(C2H4)теор. = 28 / 99 = 0.282 кг/кг; γ(C2H4)факт. = 983.33 / 3072 = 0.32 кг/кг
γ(Cl2)теор. = 71 / 99 = 0.717 кг/кг; γ(Cl2)факт. = 2388.58 / 3072 = 0.78 кг/кг
I = 3072 / 10 = 307.2 кг/ч×м³
6