Современное состояние, перспективы развития химической промышленности

Хлорид водорода

Физические свойства

Структурная формула хлорид водорода: HCl

Относительная молекулярная масса: 36,4606

При нормальных условиях бесцветный термический устойчивый газ с резким запахом. На воздухе при поглощении влаги образует туман, представляющий собой мельчайшие капельки соляной кислоты.

Масса 1 литра хлорида водорода при 0єС и 0,1Мн/м2 (1 кгс/см2) - 1,6391г; плотность по воздуху 1,268; плотность жидкого при -60єС -1,12 г/см3; tєпл -114,25; tєкип -85,1.

Критические константы: температура 51,4єС; давление 8,45Мн/м 2 (84,5кгс/см2); плотность 0,42г/см3; удельный объем 2380г/см3.

Хлорид водорода - стойкое соединение; при 1800єС он диссоциирует на Cl2 и H2 в незначительной степени. Химически в отсутствие H2O хлорид водорода малоактивен, в газообразном состоянии не реагирует с углеродом, фосфором серой, железом. Его используют для получения соляной кислоты, синтеза органических соединений, например винилхдлорида.

Химические свойства.

Водный раствор хлристого водорода называется соляной кислотой. При растворении в воде протекают следующие процессы: HClг+Н 2Oж=>H3O+ж+Сl-ж

Со всеми металлами, стоящими в ряду напряжений после водорода, с основными и амфотерными оксидами, основаниями и солями, образуя соли- хлориды:

Mg+2HCl=>MgCl2+H2

FeO+2HCl=>FeCl2+H2O

При действии сильных окислителей или при эликтролизе хлорводород проявляет восстановительные свойства:

MnO2+4HCl=>MnCl2+Cl2^+2H2O

При нагревании хлороводород окисляется кислородом (катализатор CuCl2):

4HCl+O2=>2H2O+2Cl2^

С медью, при этом образуется комплекс одновалентной меди:

2Cu+4HCl=>2H[СuCl2]+2H2^

Благодаря высокой концентрации хлорид-ионов в растворе металл связывается в хлоридный комплекс, что способствует его растворению:

3Pt+4HNO3+18HCl=>3H2[PtCl6]+4NO^+8H2O[3]

Присоединения к кратным связям (электрофильное присоединение):

R-CHCH2HCl=>R-CHCl-CH3

R-CCH+2HCl=>R-CCl2-CH3

Присоединяется к серному ангидриду, образуя хлорсульфоновую кислоту:

SO3+HCl=>HSO3Cl [2]

                                                           Таблица 2. Хлорид водорода 857-95

 

Наименование показателя	Норма для хлористого водорода			Методы  анализа
	А ОКП  21 2211 0100	Б ОКП 21 2211 0200
		высшего сорта ОКП   21 2211 0220	первого сорта ОКП   21 2211 0230
1. Внешний вид	Прозрачная бесцветная   или желтоватая жидкость		Прозрачная желтая жидкость	По 6.4
2.Массовая доля хлористого водорода, %, не менее	35	33	31,5	По 6.5
3. Массовая доля железа (Fe), %, не  более	0,001	0,002	0,015	По 6.6
4. Массовая доля остатка после прокаливания, %, не более	0,010	0,015	0,100	По 6.7
5. Массовая доля свободного хлора, %, не более	0,002	0,002	0,008	По 6.8
6. Массовая доля мышьяка (As), %, не  более	0,0001	0,0001	0,0002	По 6.9
7. Массовая доля ртути (Hg), %, не более	0,0003	0,0004	0,0005	По 6.10

Винилхлорид

Физические свойства винилхлорида

Структурная формула: CH2CHCl

Относительная молекулярная масса: 62,5г/моль

При нормальных условиях бесцветный газ с эфирным запахом. Температура плавления -158,4єС, температура кипения-13,8єС. Хорошо растворим в обычных органических растворителях; растворимость в воде 0,25% (0єС), 0,11% (25єС), растворимость воды в винилхлориде 0,042 (0єС), 0,097% (20єС). Температура вспышки - 77,8єС (в открытом приборе), - 61,1єС (в закрытом); температура самовоспламенения 472єС; КПВ в воздухе 3,6 -33,0%, в кислороде 4,0-70,0%.

ПДК 0,1мг/м3 (рекомендуемая). Допустимое содержание примисей в винилхлориде высшего сорта (%): ацетилена - 0,0001; ацетальдегида - 0,0001, дихлорэтана - 0,0001; 1,3-бутадиена - 0,000; хлоропрена - 0,0001; прочих органических примесей - 0,026; HCl - 0,0001; железа - 0,0001; влаги - 0,02. Его используют главным образом для производства поливинилхлорида, а также различных сополимеров, винилиденхлорида и метилхлороформа.

Химические свойства

Реакции присоединения по двойной связи. Хлористый винил легко реагируем с хлором как в жидкой, так и в газовой фазе, образуя 1,1,2-трихлорэтан-реакция галогенирования:

CH2=CHCl+Cl2=>CH2Cl-CHCl2

Характерна реакция гидрогалогенирования:

CH2=CHCl+HCl=>CH3=CН=CHCl

Гидратации:

CH2=CHCl+H2O=>CH3-CHO+HCl

Реакция полимеризации:

CH2=CHCl+CH2=CHCl+…Nch2=CHCl=>-(CH2CHCl-CH2-CHCl)n- 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3 Теоретические основы принятого метода

Процесс газофазного гидрохлорирования ацетилена состоит из трех стадий:

1 стадия - подготовка  сырья

2 стадия - получение  продукта

3 стадия - очистка  продукта от примесей и непрореагировавших  веществ.

Первая стадия - подготовка сырья. Она включает в себя следующие операции:

a. очистка ацетилена от Ph3, NH3 и других вредных примесей;

b. охлаждение  ацетилена до 3-5єС в холодильнике  рассолом, циркулирующем в межтрубном пространстве и конденсация влаги;

c. отделение сконцентрированной  влаги от ацетилена в сепараторе;

d. окончательная  осушка ацетилена в аппарате, заполненном твердой щелочью;

e. смешение осушенного  ацетилена с сухим хлористым  водородом в смесителе;

f. приготовление  катализатора и загрузка его  в контактный аппарат

Вторая стадия - получение готового продукта. Реакция образования винилхлорида протекает с выделением тепла. Избыточное тепло отводиться циркулирующем в межтрубном пространстве контактного аппарата маслом или водой, которые охлаждаются до 70єС в выносном холодильнике. По мере старения катализатора температуру постепенно повышают до 180єС.

В аппарате образования винилхлорида протекает по следующей реакции:

CHCH+HCl=>CH2=CHCl

эта реакция в некоторой степени обратима, но при умеренных температурах равновесие почти совмещено вправо.

Кроме основной реакции в аппарте протекают и побочные: присоединение хлористого водорода к ацетилену протекает с образованием несимметричного дихлорэтана:

CHCl=CH2+HCl=>CHCl2-CH3

поэтому гидрохлорирование ацетилена и его гомологов проводят в присутствии селективных катализаторов, ускоряющих только первую стадию присоединения. Наиболее эффективной оказалась хлорная ртуть-сулема, кроме основной реакции эта соль ускоряет и гидратацию ацетилена с образованием ацетальдегида:

CHCH+HOH=>CH3-CHO

Хлорную ртуть в газофазном процессе используют при 150-200єС. В результате гидрохлорирования ацетилена из контактного аппарата выходят контактные газы следующего состава: 93% (вес.) винилхлорида, 5% (вес.) хлористого водорода и 0,5% (вес.) ацетилена, 0,3% (вес.) паров несимметричного дихлорэтана и 0,3% (вес.) ацетальдегида.

Третья стадия - очистка продукта от примесей и непрореагировавших веществ.

Она состоит из следующих операций:

1. удаление хлористого  водорода в насадочном скруббере, орошаемом водой;

2. удаление двуокиси  углерода из контактных газов  в скруббере, орошаемым 40% раствором щелочи;

3. охлаждение  газов и вымораживание большей  части влаги, содержащихся в ни в рассольном холодильнике (температура рассола -30єС).

4. полное очищение  продукта от влаги и от большей  части ацетальдегида в аппарате для осушки, заполненном твердой щелочью. Раствор щелочи, образующийся при этом, используют для промывки газов в скруббере.

5. очистка хлористого  винила от дихлорэтана и остатков  ацетальдегида в тарельчатой колонне путем дистилляции. Выходящий из колонны винилхлорид конденсируется в кожухотрубном конднсаторе, с циркулирующем в нем рассолом с температурой рассола - 35єС и самотеком поступает в аппарат для выделения газа. Здесь из винилхлорида отгоняются растворенные ацетилен и инертные газы;

6. окончательная  очистка от ацетилена в насадочной отгонной колоне. Из куба колонны непрерывно вытекает винилхлорид в сборник.

 

 

 

 

 

  

2. Технологическая и эксплуатационная  характеристика процесса.

 

2.1 Подробное описание выполненной  графически технологической схемы проектируемого производства или отделения.

 

Концентрированный ацетилен (97-98%), очищенный от PH3, NH3 и других вредных примесей, компрессором ВО вгоняется в систему под избыточным давлением 0,05 МПа и охлаждается до 3-5єС в холодильнике Т 1 рассолом, циркулирующим в межтрубном пространстве. После отделения в сепараторе С от сконденсировавшейся влаги ацетилен поступает в осушительный аппарат АД 1, заполненный твердой щелочью. Осушенный ацетилен смешивается с сухим хлористым водородом в смесителе СМ. Газообразная смесь поступает в трубчатый контактный аппарат Р, предварительно нагретый до температуры 110-120єС горячим маслом или водой, циркулирующим в межтрубном пространстве аппарата Р.

Контактный аппарат представляет собой вертикальный стальной трубчатый аппарат с освинцованной сферической крышкой и коническим днищем. Днище поверх свинца футеровано двумя слоями керамической плитки, во избежание коррозии под действием соляной кислоты, которая образуется в ходе пуска аппарата. В трубное пространство аппарата помещен катализатор-активированный уголь, пропитанный сулемой (10% от угля).

Реакция образования винилхлорида протекает с выделением тепла. Избыточное тепло отводиться циркулирующем в межтрубном пространстве контактного аппарата маслом или водой, который охлаждаются до 70єС в выносном холодильнике. По мере старения катализатора температуру процесса постепенно повышают до 180єС. При повышенных температурах хлорная ртуть, начинает возгоняться. Так как у входа в реактор реакция протекает наиболее интенсивно, пары сулемы вместе с исходным газом и продуктами реакции начинают перемешиваться вдоль катализаторных труб, а в менее горячей части пары сулемы конденсируются. При исчерпывании сулемы из активированного угля каталитическая активность понижается и в контактных газах появляется несвязанный ацетилен.

В контактном аппарате кроме основной реакции гидрохлорирования, протекают и побочные, в частности, образование несимметричного дихлорэтана, и в результате гидратации ацетилена образуется также некоторое количество ацетальдегида. Поэтому в контактных газах, содержащих примерно 93% (вес.) винилхлорида, 5% (вес.) хлорид водорода и 0,5% (вес.), присутствует 0,3% (вес.) паров несимметричного дихлорэтана и 0,3% (вес.) ацетальдегида. Реакционные газы, имеющие на выходе из контактного аппарата температуру 130-150єС, поступают в стальную колонну насадочного типа, футерованную изнутри поливинилхлоридом.

2.2 Охрана окружающей среды. Отходы  производства и их использование.

Любое химическое производство является опасным для окружающей среды.

Степень экологической опасности химических производств зависит от токсичности и количества выбрасываемых в окружающих в среду веществ.

В производстве винилхлорида образуется газообразные (ацетилен, оксид углерода, хлорводород) и жидкие (щелочь натрия, соляная кислота, дихлорэтан, ацетальдегид, винилхлорид) и сточные воды (бытовые и производственные).

На рис.1. изображена блок-схема производства винилхлорида, на которой указаны все входящие и выходящие потоки производства, система очистки отходов.

На производстве образуются бытовые и производственные (условно чистые воды) сточные воды. Условно чистые сточные воды-воды циркулирующие в межтрубном прострастве холодильников, не проходит очистку, она охлаждается в вентилируемых градирнях и разбрызгивательных бассейнах, потом она снова подается в теплообменник (вода оборотная). Все остальные воды перед сбросом в канализацию проходят очистные сооружения.

Загрязненная вода, содержащая соляную кислоту, воду, щелочь нейтрализуется смешиванием, потом воды отправляются на биологическую очистку. Вода, идущая, с промывки оборудования загрязнена кислотой, щелочью, ацетиленом растворенным, растворенным винилхлоридом, ацетиленом, дихлорэтаном. Она очищается в аэротенках биологическим способом. На производстве образуются жидкие отходы (дихлорэтан и ацетальдегид) в виде кубового остатка, они перегоняются в ректификационной колонне к потребителю.

Атмосферу производство выбрасывает загрязненный воздух из систем вентиляции (вентиляционные выбросы) содержащие неорганизованные выбросы, образующиеся из-за неплотностей, сбоев в работе оборудования и технологических, содержащих ацетилен и топочные газы. Вентиляционные выбросы содержат маленькие концентрации загрязняющих веществ, поэтому их пропускают через адсорбционные фильтры, забитые активированным углем. Технологические выбросы, содержащие ацетилен и инертные газы идут на конденсацию, где очищенный воздух отделяется от сконденсировавшихся загрязнителей. Ацетилен содержится в них в достаточно большом количестве и загрязнен лишь инертными газами, его можно выделить и использовать в данном производстве (направить на гидрохлорирование ацетилена), для очистки его направляют на абсорбцию, где абсорбент (минеральные масла и раствор NaOH) поглотят его, а инертный газ отводиться сверху колонны. Потом абсорбцией (нагревом) получается чистый ацетилен.

Топочные газы при использовании природного газа. Незначительное количество диоксида азота в этих газах содержится в пределах ПДК.

В результате очистки получили нормативно очищенную воду и воздух, которые можно выбрасывать в атмосферу. [6]

Условные обозначения:

QI-подача свежей  воды;

QII -отведение  бытовых сточных вод;

QIII- отведение  загрязненных производственных  сточных вод;

QIV-отведение  не загрязненных сточных вод;

Q - оборотная  вода после охладительных установок;

О.С.- очистные сооружения;

О.У. -охладительные установки;

Qсбр.- вода, сбрасываемая  в водоем;

Qшл- вода удаляемая  со шламом;

Qсуш.- вода теряемая  при сушке. [6]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3 Техника безопасности, противопожарные  мероприятия и охрана труда

винилхлорид ацетилен хлорид газофазный

Производство винилхлорида состоит из четырех стадий: стадия подготовки сырья, компрессия и осушка, синтез винилхлорида в контактном аппарате, промывка и осушка реакционного газа, ректификация строго винилхлорида.

Это производство особо вредное. Стадия подготовки сырья относиться к категории "А" вследствие наличия газообразных ацетилена и хлористого водорода. Помещение относиться к классу В-I, так как газовая смесь может образовать взрывоопасные смеси. Газы и пары на данной стадии относятся к классу Т2. Ацетилен очень токсичен и является слабым наркотиком. В смеси с воздухом вызывает удушье. Предел допустимой концентрации 0,5 мг/литр. Температура самовоспламенения 300єС, температура вспышки - 50єС. Нижний предел взрываемости 2,8%, верхний - 65%. Хлористый водород токсичен и вызывает раздражение верхних дыхательных путей, слизистой оболочки, действует на аминокислоты в крови. Предельно допустимая концентрация 30мг/м3. Температура воспламенения-200єС, температура вспышки равна 17єС.