Совершенствование технологии получения фреона-22

Шишкин Евгений Вениаминович,

кандидат химических наук, доцент кафедры технологии органического и нефтехимического синтеза,

Дудкин Алексей Михайлович,

магистрант,

Дудкина Мария Сергеевна,

магистрант.

Волгоградский государственный технический университет.

Фреон-22 (дифторхлорметан, хладон-22) применяют в качестве хладагента в холодильных машинах, в промышленных и бытовых кондиционерах, а также в качестве компонента смесевых хладагентов, в качестве пропеллента в аэрозольных баллончиках для распыления инсектицидов и косметических средств, порообразователя при получении пенопластов, в качестве наполнителя огнетушителей. Его широко исполь­зуют для получения фтормономеров (тетрафторэтилена, гексафторпропена) и других фторорганических продуктов [3].

В промышленности дифторхлорметан получают методом жидкофазного фторирования хлороформа фтористым водородом в присутствии катализатора - пятихлористой сурьмы. Синтез проводится в двух последовательно соединенных реакторах при температуре 60-90°С и давлении 5,5-8,5 атм. Выход дифторхлорметана составляет 80 %, а селективность по основной реакции равна 84 %. В ходе синтеза образуются побочные вещества: фреон-21 (фтордихлорметан) и фреон-23 (трифторметан).

Механизм реакции получения фреона-22 основан на том, что катализатор пентахлорид сурьмы выполняет функцию переносчика фтора – при контакте с фтористым водородом дает фторхлориды сурьмы, которые, в свою очередь, при последующем взаимодействии с хлороформом образуют дифторхлорметан (рис. 1) [5].

Рис. 1. Механизм реакции фторирования хлороформа фтористым водородом в присутствии катализатора пятихлористой сурьмы.

Недостатком данного способа производства дифторхлорметана является то, что при увеличении подачи жидкого фтористого водорода более 3,8 моль/ч на 1 моль катализатора SbCl₅, образуется комплекс фтористого водорода с катализатором пятихлористой сурьмой, который практически нерастворим в хлороформе [1]. Образовавшийся нерастворимый комплекс приводит к прекращению контакта хлороформа и фтористого водорода, в результате реакция гидрофторирования останавливается.

Известно, что данную проблему можно устранить путем подачи в реакционную массу не жидкого, а газообразного фтористого водорода, при температуре 60-110°С и давлении 7-10 атм. [4]. Использование газообразного фтористого водорода позволяет избежать образования нерастворимого комплекса за счет равномерного распределения нерастворимого в хлороформе фтористого водорода по всему объему реакционной смеси в виде эмульсии. Данный метод получения эмульсии носит название конденсация в парах, когда газообразный фтористый водород (дисперсная фаза) подается в жидкий хлороформ (дисперсионная среда). В таких условиях фтористый водород становится пересыщенным и конденсируется в виде эмульсии с размером капель порядка 1мкм.

Вместе с тем, применение газообразного фтористого водорода связано с установкой распределительного устройства сложной конструкции в реакторе синтеза [7], а также с необходимостью установки специального коррозионно-стойкого испарителя фтористого водорода на стадии подготовки сырья [6], что заметно усложняет технологический процесс.

Мы предлагаем проводить процесс создания эмульсии фтористого водорода в хлороформе без предварительного испарения фтористого водорода. Для этого необходимо смесь исходных жидких реагентов, фтористого водорода и хлороформа, пропустить через смеситель – гомогенизатор. Размер образующихся при этом капель фтористого водорода сопоставим с размером капель, получаемых методом конденсации в парах [2].

Гомогенизатор представляет собой устройство, в котором диспергирование двух несмешивающихся жидкостей достигается их совместным пропусканием через малые отверстия под высоким давлением 25-40 МПа. Гомогенизатор состоит из корпуса, внутри которого перпендикулярно потоку размещены пластины с отверстиями.

Применение гомогенизатора в производстве фреона-22 позволит увеличить подачу фтористого водорода в 1,8 раза, что приведет к повышению производительности реактора. За счет более равномерного распределения фтористого водорода в реакционной массе, повышаются технологические показатели процесса: выход дифторхлорметана увеличивается до 95 %, конверсия по фтористому водороду достигает 98 %, а селективность по основной реакции 97 %.

Таким образом, использование гомогенизатора в производстве фреона-22 позволяет равномерно распределить фтористый водород в хлороформе без энергетических затрат на его предварительное испарение, а значит избежать образования нерастворимого комплекса фтористого водорода с катализатором, и как следствие, увеличить производительность реактора и улучшить технологические показатели процесса.

Литература

1.                  Верещагина Н.С., Голубев А.Н., Захаров В.Ю. Производство фторхлоруглеводородов на Кирово-Чепецком химическом комбинате. Журнал Российского химического общества им. Д. И. Менделеева.-М. 2002.- С.110-114.

2.                  Гельфман М. И., Ковалевич О. В., Юстратов В. П. Коллоидная химия. – СПб.: Издательство «Лань», 2003. – 336 с.

3.                  Промышленные фторорганические продукты: Справочник / Под ред. Б. Н. Максимов, В. Г. Барабанов, И. Л. Серушкин и др.— Л.: Химия, 1990. — 464 с.

4.                  Способ получения дифторхлорметана: пат. 1150919 СССР: МПК С07С 19/08 / Л. М. Боровнев, А. Н. Голубев, Н. С. Верещагина, И. М. Уткина, В. А. Царев и А. Н. Пугин заявитель и патентообладатель Л. М. Боровнев, А. Н. Голубев, Н. С. Верещагина, И. М. Уткина, В. А. Царев и А. Н. Пугин -№ 3616790/23-04; заявл. 08.07.83; опубл. 15.05.86, Бюл. №18.

5.                  Шеппард У., Шарст К. Органическая химия: учебник для вузов – М.: Химия, 1971. – 470 с.

6.                  Устройство для распределения жидкости: пат. 218029 Россия: МПК В01D1/22 А. Н. Голубев, Ю. А. Голубев, Н. С. Верещагина, Царьков В. Г., С. Г. Коновалов, В. А. Царев, В. В. Крешетов, Ю. Н. Смирнов, С. А. Дедов, Н. Н. Махов: Патентообладатель: ОАО Кирово-Чепецкий химический комбинат им. Б.П. Константинова. -№ 2000127047/12; заявл. 27.10.2000; опубл. 10.05.2002.

7.                  Реактор синтеза хладонов: пат. 2023502 Россия: МПК С07С 19/24/ А. Н. Голубев, Н. С. Верещагина, Френдак В. М., Коновалов С. Г., Царьков В. Г.: Патентообладатель: Кирово-Чепецкий химический комбинат. -№ 5067441/26; заявл. 18.09.92; опубл. 30.11.94.

Поступила в редакцию 04.02.2013 г.