Библиографическое описание:

Бородаенко И. Б., Шишкин Е. В. Синтез трихлорэтилена в реакторе периодического типа с осуществлением рецикла водно-солевого слоя // Молодой ученый. — 2011. — №4. Т.1. — С. 111-114.

Трихлорэтилен – один из основных промышленных продуктов предприятий хлорорганического синтеза. За счет высокой растворяющей способности, негорючести и незначительной токсичности он используется в различных отраслях промышленности, сфере бытового обслуживания, для наркоза и анестезии в медицине. Области применения ТХЭ продолжают расширяться, в том числе как сырья для получения разнообразных химических продуктов. Разработан ряд методов его промышленного производства, однако, благодаря своей простоте и дешевизне, метод дегидрохлорирования тетрахлорэтана 11– 18 %-ным известковым молоком используется в промышленности до настоящего времени, в том числе и на Волгоградском ВОАО «Химпром». Основной недостаток этого процесса – образование большого количества загрязненных неприятно пахнущими хлорорганическими примесями шламсодержащих сточных вод (15–25 м3/т товарного продукта). Данная проблема особенно острая для ВОАО «Химпром». Наличие в отработанном известковом молоке осадка, выступающего как адсорбент примесей, резко ухудшает экологические условия отделения шлама, приводя к загазованности отделения фильтрации интенсивно пахнущими компонентами. В составе этих примесей наряду с исходным тетрахлорэтаном и конечным ТХЭ, по данным газохроматографического анализа, определены пента- и гексахлорэтаны, а также гексахлорбутадиен и другие, в том числе не идентифицированные компоненты. Исключение образования осадка возможно при замене известкового молока на водный раствор едкого натра, в том числе за счет более высокой растворимости образующегося хлористого натрия по сравнению с хлористым кальцием. При этом, несмотря на относительное удорожание используемого щелочного агента, возможно исключение расходов на осуществление фильтрации шлама, его последующее захоронение и снижение общего количества сточных вод и, следовательно, расходов на их перекачку и биологическую очистку. Однако и в этом случае возможность многократного рецикла водно-солевого слоя будет ограничена достижением предела растворимости хлористого натрия. Хлорид натрия умеренно растворяется в воде, его растворимость мало зависит от температуры: коэффициент растворимости NaCl (в г на 100 г воды) равен 35,9 при 21 °C и 38,1 при 80 °C. Растворимость хлорида натрия существенно снижается в присутствии хлороводорода, гидроксида натрия, солей — хлоридов металлов, что нужно учитывать при расчете рецикла водно-солевого слоя.

Рассмотрим возможность осуществления рецикла водно-солевого слоя процесса дегидрохлорирования тетрахлорэтана раствором гидроксида натрия на примере производства трихлорэтилена на ВОАО «Химпром».

Синтез проводится в реакторе периодического действия, подогрев реакционной массы, а также ее перемешивание осуществляется за счет острого пара, подаваемого в реакционное пространство. Образовавшийся трихлорэтилен испаряется, за счет чего производится эффективный отвод тепла экзотермической реакции. После этого в реакторе остается водно-солевой слой, состоящий из непрореагировавшего раствора NaOH, воды и соли - продуктов реакции и воды - сконденсировавшегося пара. Этот водно-солевой возможно использовать многократно.

Рецикл организован таким образом, что водный раствор, содержащий соль хлорида натрия, находящийся в реакторе после синтеза частично сливается. Оставшаяся в аппарате водная часть, согласно данным материального баланса, доводится до исходных концентраций. Затем вновь осуществляется синтез.

Таблица 1

Материальный баланс производства трихлорэтилена для расчета рецикла водно-солевого слоя

Приход

Расход

Вещество

Gm,

Вещество

Gm,

Раствор NaOH:

Непрореагировавший раствор NaOH:

NaOH

892,13

NaOH

118,82

Н2О

7300,08

Н2О

7306,01



Продукты реакций:



Н2О

357,14



NаСl

1129,90



Пар

1923,68

Вода

1923,68

Итого

10115,89

Итого

10837,36


Основываясь на данных материального баланса производства рассчитаем концентрацию NаСl в реакторе после первого цикла, для этого:



Дополнительный расчет рецикла в HYSYS показал, что необходимо слить из ректора 50% смеси, в реакторе остается, кг:

Вода

4 793,4

NаСl

564,95

NаОН

59,41

5 417,76


Концентрация NаСl в реакторе после слива 50% смеси остается равной 10,43%.

Концентрация NаОН в реакторе после слива 50% смеси:


Доведем массу NаОН до исходной 892,13 кг:



Доведем массу Н2О до исходной 9588,64 кг:



Состав смеси в реакторе перед вторым циклом:

Вода

9 586,8

NаСl

564,95

NаОН

892,86

11 046,45


Концентрация NаСl перед вторым циклом:


После второго цикла образуется 1129,90 кг NаСl.

Для второго и последующих циклов концентрация NаСl рассчитывается аналогично. Однако нужно учесть накопление хлорида натрия. Выведем общее уравнение для расчета концентрации NаСl в реакторе после протекания реакции и перед ней.



Сведем данные в таблицу:

Таблица 2

Накопление соли NаСl в реакторе при организации рецикла водно-солевого слоя

Цикл

Концентрация NаСl, %

Накопление NаСl, кг

до реакции

после реакции

1

0,00

10,43

0

2

5,11

15,34

564,95

3

7,48

17,45

847,43

4

8,62

18,47

988,66

5

9,18

18,97

1 059,28

6

9,46

19,22

1 094,59

7

9,59

19,34

1 112,25

8

9,66

19,40

1 121,07

9

9,70

19,43

1 125,49

10

9,71

19,45

1 127,69

11

9,72

19,45

1 128,80

12

9,73

19,46

1 129,35

13

9,73

19,46

1 129,62

14

9,73

19,46

1 129,76

15

9,73

19,46

1 129,83

16

9,73

19,46

1 129,87

17

9,73

19,46

1 129,88

18

9,73

19,46

1 129,89

19

9,73

19,46

1 129,90

20

9,73

19,46

1 129,90


Как видно по данным таблицы 2, начиная с 12 цикла, накопление NaCl переходит в стационарный режим. Концентрация соли не превышает 20%, что говорит о том, что в данных условиях соль в осадок не выпадает. Следовательно, возможно организовать рецикл водно-солевого слоя с неограниченным количеством циклов.

Проведенный расчет показал, что совершенствование способа получения трихлорэтилена путем замены щелочного агента на раствор гидроксида натрия и организация рецикла водно-солевого слоя позволило избежать образования большого количества загрязненных неприятно пахнущими хлорорганическими примесями шламсодержащих сточных вод. Рецикл дал возможность более полного использования дорогостоящего щелочного агента, обеспечил сокращение количества сточных вод в два раза без ухудшения их качества.


Литература:

1. Промышленные хлорорганические продукты: справочник / под ред. Л. А. Ошина. – М.: Химия, 1978. – 656 с.

2. Трегер, Ю. А. Основные хлорорганические растворители / Ю. А. Трегер, Л. М. Карташов, Н. Е. Кришталь. – М.: Химия, 1984. – 224 с.

3. Муганлинский, Ф. Ф. Химия и технология галогенорганических соединений / Ф. Ф. Муганлинский, Ю. А. Трегер, М. М. Люшин. – М.: Химия, 1991. –272 с.

4. Кабердин, Р. В. Трихлорэтилен в органическом синтезе / Р. В. Кабердин, В. И. Поткин // Успехи химии. – 1994. – № 8. – Т. 63. – С. 673–692.

5. Ускач Я. Л., Зотов С. Б., Попов Ю. В.Совершенствование технологии получения трихлорэтилена.- Волгоград: Известия ВолгГТУ, 2009.-С. 93-96.

Основные термины: рецикла водно-солевого слоя, гидроксида натрия, сточных вод, щелочного агента, количества сточных вод, хлористого натрия, хлорида натрия, пахнущими хлорорганическими примесями, реакторе периодического, растворимости хлористого натрия, раствор гидроксида натрия, раствором гидроксида натрия, Растворимость хлорида натрия, соль хлорида натрия, водно-солевого слоя процесса, водный раствор, большого количества, реакторе периодического типа, рецикл водно-солевого слоя, осуществлением рецикла водно-солевого

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle