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.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle