Усовершенствование процесса получения винилиденхлорида
Корчагина Татьяна Константиновна,
кандидат химических наук, доцент кафедры технологии органического и нефтехимического синтеза, научный руководитель,
Егорушкина Екатерина Викторовна,
студент-магистрант 6-го курса.
Волгоградский государственный технический университет.
Винилиденхлорид производят на заводе АО «Каустик» в городе Волгоград. Производство ведется методом жидкофазного дегидрохлорирования 1,1,2-трихлорэтана известковым молоком. При температуре 75-105 °С, давлении 0,05 МПа. Выход целевого продукта составляет 94 % [6].
На основе анализа промышленного аналога производства винилиденхлорида выявлены следующие недостатки:
- образование значительного количества сточных вод, что обусловлено малой активностью щелочного агента;
- значительный избыток щелочного агента и не полное расходование его на превращение;
- большие потери хлора в виде образующейся соли хлорида кальция.
С целью усовершенствования процесса производства винилиденхлорида предлагается заменить известковое молоко на новый щелочной агент (гидроксид натрия).
Щелочное дегидрохлорирование 1,1,2-трихлорэтана осуществляется 30-35%-ным водным раствором гидроксида натрия при температуре 20-40 °С и атмосферном давлении в присутствии 0,5-1%масс. катализатора межфазного переноса этилаттриэтилбензиламмония, что позволит снизить расход щелочного агента и увеличить выход целевого продукта до 99% [1].
Процесс получения винилиденхлорида описывается следующей реакцией:
CH2Cl – CHCl2 + NaOH → CH2 = CCl2 + NaCl + H2O
Данный процесс относится к типу бимолекулярного нуклеофильного отщепления:
δ− δ−
CH2ClCHCl2 + OH – <—> [Cl---CH2—CCl2---H---OH] —>
—> CH2=CCl2 +H2O + Cl −
Процесс выгодно проводить в среде с высокой основностью. Высокая основность среды достигается приливанием 1,1,2-трихлорэтана к раствору щелочи [3].
Наряду с основной реакцией идет следующая побочная реакция:
CHCl2 – CH Cl2 + NaOH → CHCl = CCl2 + NaCl + H2O
Изучение нового способа, его термодинамический анализ, рассмотрение механизма и кинетики реакции позволили подобрать конструкцию реактора для проведения промышленного процесса.
Процесс получения винилиденхлорида необходимо проводить в реакторе непрерывного действия, оснащенном рубашкой, в верхней части – насадочной колонной, заполненной кольцами Рашига, а в нижней части – барботером. Верхняя часть реактора, колонны и трубопроводы для транспортировки винилиденхлорида, выполнены из нержавеющей стали во избежание полимеризации винилиденхлорида, которая ускоряется ионами железа [6].
Рассчитанный материальный баланс показал, что для получения 16000 т/год винилиденхлорида необходимо подать на процесс 2836,875 кг/ч 1,1,2-трихлорэтана и 1275 кг/ч едкого натра. Конечный выход винилиденхлорида 99 %, степень конверсии 100 %.
Расчёт теплового баланса показал, что тепло от реактора необходимо отводить в количестве 2,6·104 кДж.
В результате технологического расчета реактора определен общий необходимый объем реактора 5 м3; поверхность теплообмена 88 м2. Высота реактора 6,08 м, внутренний диаметр 3м. Высота рубашки 3,1 м. Реактор оборудован барботёром с диаметром 83×3,5 мм. Необходимое количество отверстий с диаметром 10 мм составит 64 [2].
В результате анализа технологической схемы на соответствие нового способа требуется введение дополнительной емкости для хранения катализатора на стадии подготовки процесса объемом 0,125 м3.
Был подобран центробежный насос [5] марки Х8/30 для подачи нового щелочного агента.
Кроме этого, провели расчет конденсатора [4], чтобы проверить, справится ли с нагрузкой при новых технологических условиях. Замены конденсатора не потребуется.
Таким образом, предложенный вариант модернизации производства винилиденхлорида путем замены щелочного агента и ввода катализатора позволит добиться увеличения выхода целевого продукта до 99 % и снизить расход щелочного агента.
Проведенные технологические расчеты (материальный и тепловой балансы, расчет реактора, конденсатора, насоса и стандартной емкости для хранения катализатора) позволили подобрать стандартное оборудование, которое обеспечивает все заданные параметры процесса.
Литература
1. Авторское свидетельство СССР №1127881, МПК С 07 С 21/08, С 07 С 17/34. Способ получения хлористого винилидена / Т. В. Шутенкова, Г. А. Толстиков, С. С. Шаванов, Г.А. Викторов, И. Х. Бикбулатов, Е. В. Шурупов, А. С. Исханов, Ю. Д. Морозов, С. Р. Рафиков, Е. Н. Денисов: патентообладатель Институт химии Башкирского филиала АН СССР и Стерлимакское производственное объединение «Каустик». – заявл. 21.01.1981; опубл. 07.12.1984.
2. Михаил Р. Реакторы в химической промышленности / Р. Михаил, К. Кырлогану; перевод П. Г. Романкова. – Ленинград: Химия, 1968. – 388 с.
3. Муганлинский Ф. Ф. Химия и технология галогенорганический соединений / Ф. Ф. Муганлинский, Ю. А. Трегер, М. М. Люшин. – Москва: Химия, 1991. – 272с.
4. Основные процессы и аппараты химической технологии / Г. С. Борисов [и др.]; под ред. Ю. И. Дытнерского, 2-е изд., перераб. и доп. – Москва: Химия, 1991. – 496 с.
5. Павлов К. Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: учебное пособие / К. Ф. Павлов, П. Г. Романков, А. А. Носков; под ред. П. Г. Романкова. – 10-е изд., перераб. и доп. – Ленинград: Химия, 1987. – 576 с.
6. Постоянный технологический регламент № 4-18/2008 по производству винилиденхлорида – сырца / ОАО «Каустик». – Волгоград, 2008 г.
Поступила в редакцию 10.04.2017 г.