Основы технологии производства органических веществ

метки: Производство, Хлоропрен, Этилен, Мировой, Винилхлорид, Тонна, Ацетилен, Получение

Целью курсовой работы является подробное изучения процесса производства винилхлорида из этилена сбалансированным по хлору способом.

При написании курсовой работы были поставлены следующие задачи:

• изучение и анализ наиболее эффективных методов получения винилхлорида;
• сбор и систематизация информации, достоинства и недостатки при разных методах получения хлористого винила;
• изучение влияния данного вещества на окружающую среду;
• обобщение и систематизация результатов исследования проблемы, содержащихся в научной литературе;
• наиболее полное изучение производства винилхлорида из этилена сбалансированным по хлору способом, рассмотрение теоретических основ процесса, технологическое оформление, принципы в технологии получения;

• Потребность винилхлорида, как вещества, обуславливается созданием процессов которые учитывают как экономические, так и экологические аспекты. Выбор метода производства этого вещества является важной задачей.

1. Винилхлорид: применение, свойства, методы получения, используемое сырьё и отходы производства винилхлорида

1.1. Применение

Промышленное производство винилхлорида входит в первую десятку производства крупнейших многотонажных продуктов основного органического синтеза; при этом почти весь производимый объём используется для дальнейшего синтеза полихлорвинила (ПВХ), мономером которого и является винилхлорид. Из поливинилхлорида готовят листовые материалы и трубы (винипласт), пленки, заменители кожи, «перхлорвиниловую» смолу и т.д. Из сополимеров хлористого винила с винилиденхлоридом СН ₂ =ССl₂ и акрилонитрилом СН₂ =СНСN вырабатывают синтетические волокна (саран, виньон).

Он служит также промежуточным продуктом для синтеза 1,1,2-трихлорэтана, винилиденхлорида, метилхлороформа[1]

Винилхлорид является одним из крупнейших по объему органических полупродуктов мирового химического производства, уступая лишь этилену (113 млн. тонн в 2008 году), пропилену (73 млн. тонн в 2008 году), этанолу (52 млн. тонн в 2008 году), бензолу (41 млн. тонн в 2008 году), метанолу (40 млн. тонн в 2008 году), терефталевой кислоте (39 млн. тонн в 2008 году).

Производство винилхлорида является третьим после полиэтилена и окиси этилена по значимости направлением использования этилена как важнейшего химического сырья и составляет 11,9 % его мирового потребления (по данным на 2008 год).

Автоматизация печи кипящего слоя для обжига цинкового концентрата ...

... в значительной мере определяется возможностью своевременного получения информации от объекта в реальном времени. В данном проекте рассматривается печь кипящего слоя обжига высотой 7,2 м, площадью ... при обжиге и выделяющееся тепло. Значение автоматизации в металлургическом производстве и, особенно, при производстве цветных металлов не ограничивается задачей сокращения обслуживающего персонала. Она, ...

Мировое производство винилхлорида в 2008 году составило около 36,7 млн. тонн (99 % по отношению к 2007 году), что составляет 85 % всех мировых производственных мощностей (в 2007 году — 90 %).

По прогнозным данным компании SRI Consulting, текущее сокращение потребления прекратится и в ближайшие пять лет (до 2013 года) будет наблюдаться рост потребления в размере 3,4 % в год и 2,5 % в последующие пять лет (с 2013 по 2018 гг.)

Крупнейшим потребителем винилхлорида в мире является Китай: около 30% всего мирового производства; на втором месте США и Канада, приблизительно с 20 % (по состоянию на 2008 год) Крупнейшим производителем винилхлорида в мире (по объёму производственных мощностей) являются США: 8,24 млн тонн по данным на 2003 год (для сравнения — в 1967 году мощности составляли 1,26 млн тонн, а в 1960 году всего 0,67 млн. тонн)

Вклад России в мировое производство винилхлорида довольно скромный: около 1,5 % от годового глобального выпуска и место во второй двадцатке стран-производителей (по состоянию на 2008 год).

При этом технологическое оснащение серьёзно отстаёт от мирового: почти 30 % мощностей используют устаревшую ацетиленовую технологию.

Производство винилхлорида в России практически полностью (более 99 % всего объёма) ориентировано на выпуск поливинилхлорида, являясь при этом одним из крупнейших направлений потребления хлора в российской химической промышленности (18 % по данным на 2004 год).

В 2010—2013 годах компанией ООО «РусВинил» планируется ввод в эксплуатацию комплекса по производству ПВХ (включая и производство винилхлорида) в Кстовском районе Нижегородской области мощностью 330 тыс. тонн в год. Учредителями совместного предприятия являются компания «Сибур» и бельгийская компания SolVin — совместная дочерняя компания международной химико-фармацевтической группы Solvay и немецкого концерна BASF.

1.2. Свойства

Винилхлорид (хлористый винил, хлорэтен, монохлорэтилен) при нормальных условиях представляет собой бесцветный газ со слабым сладковатым запахом, напоминающим запах хлороформа. Порог ощущения запаха в воздухе составляет приблизительно 3000 частей на миллион. Малорастворим в воде (около 0,95% масс. при 15—85 °С), легко растворим в спирте, хлороформе и дихлорэтане, растворим в диэтиловом эфире. Винилхлорид обладает крайне высокой канцерогенной активностью.[2]

Некоторые физические константы винилхлорида:
температура кипения: −13,8 °C; температура плавления: −153,8 °C; относительная плотность при −20 °C: 0,983; относительная плотность при 20 °C: 0,911 плотность по воздуху: 2,17; критическая температура: 158,4 °C; критическое давление: 5,34 МПа; критическая плотность: 0,370 г/см³; вязкость жидкости при − 40 °C: 0,334 мПа·с; вязкость газа при 20 °C: 10,71 мкПа·с;

По двойной связи винилхлорид вступает в реакции, типичные для олефинов; НС1 присоединяется к винилхлориду по правилу Марковникова, причем легче, чем к этилену, но с меньшей скоростью, чем к винилиденхлориду; реакция может протекать в жидкой фазе в присутствии А1С1 ₃ или FeCl₃ . В последнем случае возрастает селективность, но требуются повышенные температура (50-70°С) и давление. Продукт взаимодействия НС1О с винилхлоридом — хлорацетальдегид. Большое практическое значение имеет полимеризация винилхлорида и сополимеризация его с другими мономерами. Ингибиторы полимеризации — фенол или гидрохинон. Винилхлорид значительно менее активен при замещении атома хлора, чем этилхлорид. Однако хлор может быть замещен, например, при нагревании винилхлорида в спиртовом растворе алкоголята натрия под давлением, а также при взаимодействии винилхлорида с солями карбоновых кислот с образованием винилалкиловых эфиров, при конденсации с ароматическими или жирноароматическими соединениями Гриньяра в присутствии галогенидовметаллов типа СоС1₂ или СгС1₃ . Окисляется винилхлорид до хлорацетальдегида или формальдегида, НС1 и СО, алкилируется, дегидрохлорируется в газовой фазе до ацетилена[3]

В окружающей среде винилхлорид появляется исключительно вследствие его выбросов во время производства и переработки. По оценке специалистов, более 99 % выброса винилхлорида остаётся в воздухе, где происходит его фотохимическая деградация под воздействием гидроксил- радикалов; при этом период его полураспада составляет 18 часов.

С поверхности почвы винилхлорид быстро испаряется, однако может мигрировать в её глубь через грунтовые воды. В растениях и животных не накапливается.

В почве и воде винилхлорид подвергается аэробной биодеградации (преимущественно до CO2) под воздействием микроорганизмов, например, рода Микобактерии биораспад в грунтовых водах может носить и анаэробный характер, причём его продуктами являются метан, этилен, углекислый газ и вода.

Исследования показывают, что в почве и воде под действием микроорганизмов винилхлорид разлагается на 30 % в течение 40 дней и на 99% в течение 108 дней

1.3. Получение

Первое время хлористый винил получали щелочным дегидрохлорированием 1,2-дихлорэтана в среде метилового или этилового спирта:

СlCH ₂ -CH₂ Cl+ NaOH→CH₂ =CHCl+NaCl+H₂ O (1.3.1.)

Большой расход щелочи и хлора при этом синтезе ускорил разработку и внедрение в промышленность в 40-50-х годах гидрохлорирования ацетилена

CH≡CH+HCl→CH ₂ -CHCl (1.3.2.)

Который связан с применением токсичных ртутных солей как катализаторов и сравнительно дорогостоящего ацетилена.

Осуществление термического дегидрохлорирования дихлорэтана позволило избежать расхода щелочи и использовать образующийся хлористый водород для гидрохлорирования ацетилена. Так появились комбинированные способы синтеза хлористого винила из ацетилена и этилена, сбалансированные по хлору.

На 2010 год существуют три основных способа получения винилхлорида, реализованные в промышленных масштабах. Винилхлорид можно получить различными способами:[4]

1. гидрохлорированием ацетилена в газовой или жидкой фазах в присутствии катализатора:

(1.3.3.)

2. дегидрохлорированием 1,2-дихлорэтана (в жидкой фазе) гидроксидом натрия в водной или спиртовой среде:

СН ₂ С1 — СН₂ С1 + NaOH͢→ СН₂ = CHCl + NaCl + Н₂ 0 (1.3.4.)

3. термическим дегидрохлорированием 1,2-дихлорэтана в паровой фазе в присутствии катализаторов, инициаторов или без них:

СН ₂ C1 = CH₂ С1 → CH₂ =CHCl+HCl (1.3.5.)

4. хлорированием этилена в газовой фазе в объеме, либо в при­сутствии катализатора, например оксида алюминия:

CH ₂ =CH₂ +Cl₂ →CH₂ =CHCl+HCl (1.3.6.)

Рассмотрим несколько наиболее распространенных промышлен­ных способов производства винилхлорида из ацетилена и этилена.

Сырьем для получения винилхлорида являются этилен и хлор

Этиле́н (по ИЮПАК: этен) — органическое химическое соединение, описываемое формулой С ₂ H₄ . Является простейшим алкеном (олефином).

При нормальных условиях — бесцветный горючий газ со слабым запахом. Частично растворим в воде (25,6 мл в 100 мл воды при 0°C), этаноле (359 мл в тех же условиях).

Хорошо растворяется в диэтиловом эфире и углеводородах. Содержит двойную связь и поэтому относится к ненасыщенным или непредельным углеводородам. Играет чрезвычайно важную роль в промышленности, а также является фитогормоном. Этилен — самое производимое органическое соединение в мире; общее мировое производство этилена в 2008 году составило 113 миллионов тонн и продолжает расти на 2—3 % в год. Этилен обладает наркотическим действием.

Хлор- желто-зеленый газ с резким удушающим запахом; t _пл . -100,98°С, t_кип. -33,97 °С. Один из наиболее химически активных элементов, он непосредственно взаимодействует со всеми металлами и большинством неметаллов (образуя хлориды), лишь реакция хлора с О₂ , N₂ требует специальных методов активации — УФ облучения или электроразряда, в остальных случаях достаточно простого нагревания. Практически весь производимый в мире хлор получают электрохимическим методом -электролизом водного раствора NaCl или, гораздо реже, КСl. Другие продукты электролиза — щелочь (1,13 т NaOH на 1 т С1₂ ) и Н₂ .

Понравилась страница? Лайкни для друзей: