Библиографическое описание:

Шишкин Е. В., Дудкин А. М., Дудкина М. С. Новый эффективный способ производства фреона-22 // Молодой ученый. — 2013. — №4. — С. 134-135.

Фреон R22 — инертный в химическом отношении, негорючий, не взрывоопасный, сжиженный под давлением газ [1]. Из-за этих свойств он нашел применение не только как хладагент, но и в качестве пропеллента в аэрозольных баллончиках для распыления инсектицидов и косметических средств, в качестве наполнителя огнетушителей и вспенивающего агента в производстве полиуретановых полимеров, а также в качестве полупродукта для получения фтормономеров (тетрафторэтилена, гексафторпропилена) и других фторорганических продуктов.

В России в 2012 году производство фреона R22 составило 20–23 тыс. тонн, при этом в качестве полупродукта ежегодно используется 13 тыс. тонн, а для производства и сервисного обслуживания холодильной и климатической техники около 10 тыс. тонн.

Одним из способов получения фреона-22 является жидкофазное фторирование хлороформа жидким фтористым водородом в присутствии катализатора — пятихлористой сурьмы. Процесс синтеза проводится при температуре 60–90°С и давлении 5,5–8,5 атм. Выход дифторхлорметана составляет 80 %.

Недостатком данного способа 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 [2], в результате чего реакция останавливается.

Данный недостаток устраняется, если жидкофазное фторирование хлороформа проводить в присутствии того же катализатора, но при подаче фтористого водорода в газообразном состоянии [2]. Использование газообразного фтористого водорода позволяет полностью исключить образование нерастворимого комплекса фтористого водорода с катализатором при расходе фтористого водорода более 3,8 моль/ч на 1 моль катализатора SbCl5.

Вместе с тем, применение газообразного фтористого водорода требует установки специального коррозионно-стойкого испарителя фтористого водорода на стадии подготовки сырья [3], а также установки в реакторе синтеза распределительного устройства сложной конструкции [4], что заметно усложняет технологический процесс.

Для устранения вышеперечисленных недостатков, нами предлагается проводить процесс без предварительного испарения фтористого водорода. Для этого перед подачей исходных реагентов, смесь фтористого водорода и хлороформа необходимо пропустить через смеситель — гомогенизатор, чтобы получить тонкодисперстную эмульсию фтористого водорода в хлороформе. Капли дисперсной фазы данной эмульсии имеют размер менее 10–4 мм [5]. При этом размер капель фтористого водорода получается приблизительно одного порядка с размером капель, получаемых при подаче газообразного фтористого водорода в реакционный объем [2].

Гомогенизаторы — это устройства, в которых диспергирование жидкости достигается пропусканием её через малые отверстия под высоким давлением [5]. Нами разработана конструкция гомогенизатора, который состоит из корпуса, внутри которого перпендикулярно потоку среды размещены пластины с отверстиями. На рисунке 1 представлена схема гомогенизатора.

Рис. 1. Устройство для приготовления тонкодисперсных эмульсий: 1 — входной патрубок; 2 — цилиндрическая часть корпуса; 3 — металлические пластины с отверстиями; 4 — выходной патрубок; 5 — манометры; 6 — устройства для отбора проб; 7 — пластина, выполненная из твердого пористого материала


Для получения тонкодисперсной эмульсии жидкую смесь фтористого водорода и хлороформа подают во входной патрубок 1 под давлением от 25 до 40 кгс/см2. Капли дисперсной фазы, проходя через отверстия в перфорированных пластинах 3, вытягиваются в цилиндры, которые, разрываясь, образуют цепочку капель с постепенно уменьшающимися размерами согласно теории П. А. Ребиндера [6]. Степень диспергирования капель дисперсионной фазы повышается в результате чередования зон сжатия (пластины) и зон разряжения (пространство между пластинами), вызывающего кавитационные явления, способствующие диспергированию. Для уменьшения разброса образующихся капель эмульсии по эквивалентному диаметру и снижению числа больших по размеру капель, предварительно приготовленная эмульсия, пропущенная через перфорированные пластины 3, поступает в сквозные каналы переменного сечения твердого пористого материала, из которого выполнена пластина 7. В качестве твердого пористого материала можно использовать металлокерамику или полимерные прессованные порошки, образующие сквозные каналы переменного сечения [7]. Размер отверстий пластины из твердого пористого материала может колебаться в широких пределах от нескольких микрон до миллиметра.

Большие капли за счет резкого изменения размера пор между спекшимися зернами твердого пористого материала 7 рвутся и увеличивают число капель тонкодисперсной фракции, снижая тем самым разброс капель по фракционному составу в пользу тонкодисперсных капель. Это повышает устойчивость и качество тонкодисперсной эмульсии узкого фракционного состава.

Установленная пластина 7, из пористого материала, позволяет значительно повысить степень диспергирования и стабильность эмульсии за счет создания тонкодисперсных капель узкого фракционного состава.

Для использования гомогенизатора необходимо установить плунжерный насос на линии подачи смеси фтористого водорода и хлороформа, который сможет обеспечить давление от 25 до 40 кгс/см2.

Реактор синтеза фреона-22 — это вертикальный цилиндрический аппарат объёмом 3,2 м3, снабженный рубашкой и устройством для ввода тонкодисперсной эмульсии в реакционный объём. Устройство ввода представляет собой заваренную с одной стороны трубу диаметром 150 мм. По длине трубы, которая погружена в реакционную массу, расположены в шахматном порядке 16 отверстий различных диаметров: 4 отверстия с диаметром 7,5 мм; 4 отверстия с диметром 7 мм; 4 отверстия с диаметром 6,2 мм и 4 отверстия с диаметром 5,2 мм. Данная конструкция обеспечивает равномерное распределение полученной тонкодисперсной эмульсии в реакционном объеме.

Таким образом, использование гомогенизатора позволяет равномерно распределить фтористый водород в хлороформе без затрат на его предварительное испарение, а также избежать образования комплекса фтористого водорода с катализатором пятихлористой сурьмой и получить такие же высокие технологические показатели, как при использовании газообразного фтористого водорода. Применение гомогенизатора позволит увеличить подачу фтористого водорода в 1,8 раза, что приведет к повышению производительности реактора. Выход фреона-22 составит 95 %, конверсия по фтористому водороду 98 %.


Литература:

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

  2. Шишкин, Е. В. Совершенствование технологии получения фреона-22/ Е. В. Шишкин, А. М. Дудкин, М. С. Дудкина // Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов, Курск, № 2, 2013.

  3. Устройство для распределения жидкости: пат. 218029 Россия: МПК В01D1/22 А. Н. Голубев, Ю. А. Голубев, Н. С. Верещагина, В. Г. Царьков, 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.

  4. 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.

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

  6. Устройство для приготовления жидких смесей: пат. 1260014 СССР: МПК В01F5/06 В. М. Иванов, Б. Н. Сметанников, Ю. И. Кулаков, Э. К. Вардомский, И. Г. Плисан, Ю. М. Шнайдерман, Н. В. Голубь: Патентообладатель: Институт горючих ископаемых. -№ 3345216/23–26; заявл. 08.10.81; опубл. 30.09.86, бюл. № 36.

  7. Солнцев Ю. П., Пряхин Е. И. Материаловедение: Учебник для вузов. Изд. 4-е, перераб. и доп. — СПб.: Химиздат, 2007, с. 491–493; ГОСТ 26802–86




Основные термины (генерируются автоматически): фтористого водорода, газообразного фтористого водорода, твердого пористого материала, смесь фтористого водорода, комплекса фтористого водорода, тонкодисперсной эмульсии, капель фтористого водорода, подаче фтористого водорода, испарителя фтористого водорода, жидкого фтористого водорода, расходе фтористого водорода, комплекс фтористого водорода, испарения фтористого водорода, эмульсию фтористого водорода, тонкодисперсных капель, моль катализатора sbcl, смеси фтористого водорода, подачу фтористого водорода, жидкофазное фторирование хлороформа, катализатором пятихлористой сурьмой.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос