Pagina 1 din 9
Proiectare
Pentru a realiza proiectarea unității de reactor pentru producerea de 1,2-dicloretan prin oxichlorurarea etilenei. Un schimbător de căldură sub forma unei bobine verticale este construit în reactorul cu pat fluidizat, în care sunt generate vapori de apă dintr-un condensat care fierbe la o presiune de 0,8 MPa. În partea superioară a reactorului, se montează un ciclon pentru a separa particulele de catalizator antrenate de fluxul ascendent al amestecului de gaze. Capacitatea instalației pentru produsul finit este G = 3,7 kg / s. Procesul are loc la o temperatură t = 220 ° C și o presiune P = 0,35 MPa. Gradul de conversie a etilenei atinge aC2H4 = 97,0%, gradul de conversie a acidului clorhidric - ANC1 = 98,7%, randamentul 1,2-dicloretanului, calculat pe etilenă convertită, este = 0,93%. Viteza spațială a amestecului de gaz la intrarea în reactor este V = 375 l / h. Densitatea în vrac a catalizatorului este de 1050 kg / m3, densitatea particulelor de catalizator este de 1750 kg / m3, diametrul mediu al particulelor catalizatorului este de 150 pm.
Se calculează reactorul de oxicurare, suprafața schimbătorului de căldură al bobinei și ciclonul pentru a separa particulele de catalizator.
Prezentați fluxul de proces al instalației și executați proiectul reactorului.
În prezent, principalul mod de a produce monomerul de clorură de vinil din etilenă este așa-numitul procedeu "echilibrat" cu utilizarea acidului clorhidric format în faza de piroliză a 1,2-dicloretanului. În etapa de producere a 1,2-dicloretanului prin oxichlorurare, etilena, aerul și acidul clorhidric sunt alimentate în reactorul cu pat fluidizat A1203 / 5,5% (CuCI2 + Cu2CI2), unde reacția țintă are loc:
Procedeul se desfășoară la o temperatură de 210-230 ° C, o presiune de 0,35-0,50 MPa și un raport molar dintre materiile prime CH2 = CH2: 02. HCI = 1. (0,75-0,80). (1,85-1,90). Căldura reacțiilor exoterme este îndepărtată prin intermediul unui schimbător de căldură încorporat în care formează vaporii de apă din condensul care fierbe sub presiune. În aceste condiții, gradul de conversie a etilenei atinge 98,0-98,5%, acidul clorhidric - 99,6-99,8%, randamentul 1,2-dicloretanului pe etilenă convertită este de 94,0%.
Principalul mod de a efectua oxichlorurarea este un proces de fază gazoasă care utilizează catalizatori pe suporturi. Ca catalizatori, pe suporturi poroase, de diferite compoziții și structuri, se utilizează cupru, alcalin, pământuri rare și alte metale.
În funcție de materia primă și temperatura inițială a hidrocarburilor, procesele de oxiclorurare pot fi realizate în funcție de diferite mecanisme ale căror scheme generalizate au fost propuse de Institutul de Chimie Nitrogen LIFKapov
Schema I. Conjugarea reacției de oxidare cu acid clorhidric
cu reacția de substituire a clorinării hidrocarburilor saturate:
Schema II. Se potrivesc reacțiile (1) și (2) din schema I cu reacția de dehidroclorurare a derivaților clorurați limitați ai hidrocarburilor.
Schema III. Reacția oxiclorurii de legătură a hidrocarburilor nesaturate.
Schema IV. Reacția oxiclorurii de substituție a hidrocarburilor nesaturate.
Având în vedere, de asemenea, reacțiile secundare de oxidare profundă a mono- și dioxid de carbon, se poate concluziona că oxiclorurarea hidrocarburilor este condiții complexe de proces multipath care ar trebui să fie selectate în funcție de sarcină.
Baza pentru procesul de oxichlorurare a fost reacția de oxidare în fază gazoasă a acidului clorhidric, descoperită de Deacon în 1868.
Oxidarea acidului clorhidric la clor este o reacție reversibilă, care de obicei are loc la o temperatură de aproximativ 400 ° C. Dependența constantei de echilibru asupra temperaturii are forma:
lg Kp = 6104,0 / T - 7,0994
Valorile Kp și ratele de conversie ale HCl și O2 scad considerabil cu creșterea temperaturii procesului. O creștere a excesului de oxigen și o creștere a presiunii conduc la o creștere a gradului de conversie a HCI și a conținutului de Cl2 în amestecul de reacție. Dar în intervalul de temperaturi de 600-700 K, când viteza de proces este suficient de mare, conversia de echilibru a HCl nu atinge 90%.
Când reacțiile combinate Deacon flux (1) și clorinare (2) (2 1), echilibrul de reacție se schimbă datorită consumului de clor, prin care pot fi aproape conversia completă a HCI. Din acest motiv, toate reacția de oxiclorurare a alcani, alchene și lor clorurate practic ireversibil în domeniul de funcționare al temperaturilor [5].
În general, este un punct de vedere acceptat, potrivit căruia într-o oxidare cu temperatură ridicată și HCI oxiclorurare catalitica componente active este de obicei un amestec de clorură de cupru și pământuri alcaline sunt pe suprafața purtătorului în stare topită. Apariția cuprului unvalent în proces, precum și introducerea în sistem a clorurilor de metale alcaline conduce la o scădere a temperaturilor de topire ale eutecției în catalizatorii utilizați
Pe baza rezultatelor studiilor cinetice și de adsorbție, a fost propusă o schemă generală a reacției diaconului în prezența catalizatorilor cloromatici [3, 6, 7]:
Această schemă corespunde următoarei ecuații cinetice:
unde K este constanta de echilibru a disocierii termice a clorurii de cupru;
k este constanta vitezei de adsorbție a oxigenului.