1,2-дихлорэтан хлорированием этилена

                                           Содержание

Введение…………………………………………………………………………...3                                                                                                                                                                                 

1. Теоретические  основы процесса                          

             1.1 Химизм и механизм процесса……………………………………….4                                                                              

             1.2 Роль термодинамики и кинетики в выборе условий процесса……5

             1.3 Пути промышленного применения основного и побочных продуктов………………………………………………………………………….7

2. Технологические основы процесса

              2.1 Требования к исходному сырью……………………………………8

              2.2 Аппаратурно-технологическая схема производства дихлорэтана............................................................................................................10

3. Технико-экономическая  оценка процесса

             3.1 Безопасность жизнедеятельности………………………….………13

             3.2 Производственная санитария……………………………………....14

            3.3 Техническая безопасность……………………………………….…16

             3.4 Электробезопасность…………………………………………….…18

             3.5 Пожарная безопасность…………………………………………….20

             3.6 Молниезащита………………………………………………………24

Список использованной литературы…………………………………………...25 
 
 
 
 

                                                    Введение

     Дихлорэтан (хлористый этилен) CH₂Cl—CH₂Cl — бесцветная летучая жидкость со специфическим запахом, напоминающим запах хлороформа (т.кип. 83,7°С; т.пл. -35,3°С; теплота испарения 77,3 ккал/кг). С водой образует азеотропную смесь (80,5% дихлорэтана), кипящую при 72^оС. Дихлорэтан загорается с трудом, горит светящимся пламенем с зеленой каймой, при горении выделяется хлористый водород. Горящий дихлорэтан может быть легко погашен водой. Пары дихлорэтана образуют с воздухом взрывоопасные смеси с пределами взрываемости 4,8—15,9 %(об.).

     Дихлорэтан  смешивается во всех отношениях со спиртами, бензолом, ацетоном и многими  другими органическими соединениями; хорошо растворяет масла, жиры, смолы, воска, каучук, алкалоиды, а также  некоторые неорганические вещества, например серу, желтый фосфор, иод и др.

     Дихлорэтан  ядовит и обладает наркотическим  действием, поэтому при работе с  ним надо соблюдать осторожность. Вдыхание паров дихлорэтана вызывает головные боли, раздражение дыхательных  путей, кашель и может привести к смерти. Предельно допустимая концентрация паров дихлорэтана в воздухе производственных помещений 10 мг/м³ [1]. 

1. Теоретические основы процесса.

1.1 Химизм и механизм процесса

     Существуют  несколько способов получения дихлорэтана  из этилена:

1. взаимодействие этилена с хлором в среде жидкого дихлорэтана при 20—30° С;
2. пропускание этилена через жидкий хлор при повышенном давлении и температуре не выше 0° С;
3. взаимодействие этилена с хлором при повышенных температурах (до 120° С) над различными катализаторами .(CuCl₂, FeCl₃, SbCl₅, животный уголь и др.);
4. взаимодействие этилена, хлористого водорода и кислорода воздуха над медным катализатором при 300°С:

     CH₂=CH₂+2HCl+0,5О₂ → СН₂Сl—СН₂Сl+Н₂О 

     В промышленности распространен главным  образом первый способ, технологически разработанный А. Ф. Добрянским с сотрудниками. Они доказали возможность использования для получения дихлорэтана не только чистого этилена, но и этиленсодержащиж смесей, например этиленовой фракции газов пиролиза нефтяного сырья и этиленовой фракции коксового газа. По второму способу для достижения высокого выхода дихлорэтана требуются высококонцентрированный этилен и жидкий хлор. Кроме того, реакция образования дихлорэтана в этом случае протекает при избытке хлора, что приводит к образованию не только дихлорэтана, но и других продуктов хлорирования этилена. Недостатками остальных способов являются невысокий выход дихлорэтана вследствие образования побочных продуктов замещения, а также трудности очистки дихлорэтана[1].

1.2 Роль термодинамики и кинетики в выборе условий процесса

     Процесс получения дихлорэтана является гетерогенной сложной реакцией. Реакция  необратимая эндотермическая, протекает  без применения катализатора при  низкой температуре.

     Реакция присоединения хлора к этилену протекает с выделением большого количества тепла:

     CH₂=CH₂+Cl₂ → СН₂Сl—СН₂Сl  ΔН= - 48 ккал

     При получении дихлорэтана взаимодействием этилена с хлором в среде жидкого дихлорэтана, который растворяет оба газа, реакция протекает фактически в жидкой фазе. Благодаря этому достигается безопасность процесса (смесь газообразных хлора и этилена взрывоопасна) и улучшаются условия теплопередачи от реакционной массы к охлаждающему агенту. Отвод реакционного тепла значительно облегчается, и полностью устраняется возможность местных перегревов. Кроме того, в среде дихлорэтана процесс протекает аутокаталитически и скорость реакций значительно выше, чем при взаимодействии газообразных этилена и хлора При взаимодействии этилена с хлором, кроме продукта присоединения хлора по двойной связи (1,2-дихлорэтана), образуются также продукты замещения — трихлорэтан, тетрахлорэтан и высшие полихлориды:

     CH₂=CH₂+2Cl₂ → СН₂Сl—СНСl₂+HCl

     CH₂=CH₂+3Cl₂ → СНСl₂—СНСl₂+2HCl и т.д.

     Реакции замещения ускоряются с повышением температуры (рис. 1). Из рисунка видно, что при температурах от —30 до —20^е С получается почти исключительно дихлорэтан, в то время как при +20° С образуется преимущественно трихлорэтан. При дальнейшем повышении температуры происходит более глубокое замещение с образованием тетрахлорэтана. Лимитирование процесса происходит со стороны химической реакции. Согласно рис. 1 при увеличении температуры ускоряются реакции замещения, а при понижении температуры – выход дихлорэтана.

     Состав  получаемых продуктов резко изменяется, если в реакционную среду вводить  свободный кислород. При этом образование  продуктов замещения замедляется  и даже  прекращается. Объясняется  это тем, что цепная реакция замещения  в присутствии кислорода обрывается. Это обстоятельство значительно  упрощает технологию производства дихлорэтана. Поэтому при добавлении кислорода  можно проводить взаимодействие этилена с хлором при 20—30° С и отводить тепло реакции холодной водой без охлаждения рассолом требуемого при температурах ниже 0°С. Благодаря этому упрощается аппаратурное оформление процесса и понижается себестоимость дихлорэтана.

     Механизм  ингибирования кислородом реакции  замещения атома водорода атомом хлора точно не выяснен. Предполагают, что образующиеся атомы хлора

     Cl₂ → Cl· +Cl·

     Реагируют с кислородом по схеме

     Cl₂·+О₂ → Cl – O – O·

     Cl – O – O·→ Cl·

     ClO· +ClO·  →  Cl₂+O₂ и т.д.

     вследствие  чего число атомов хлора значительно  уменьшается.[1]

     1.3 Пути промышленного применения основного и побочных продуктов

      Дихлорэтан применяется как растворитель в самых различных областях: для экстрагирования жиров, для очистки нефтепродуктов от парафина, для обезжиривания шерсти, мехов, а также металлических изделий перед хромированием или никелированием, для извлечения восков (монтан-воск) из бурых углей и т. д. Он является также полупродуктом для многих промышленных синтезов. Значительные количества дихлорэтана расходуются на получение хлористого винила[1].

     Трихлорэтан. Используют для холодной очистки  металлических поверхностей, в т. ч. содержащих цветные металлы (Al, Cu и др.) и их сплавы, как растворитель масел, жиров, дегтя, восков и т.д., для обезжиривания электронной аппаратуры, печатных плат, высокочувствительных приборов. Является обычным компонентом таких хозяйственных продуктов, как корректирующая жидкость для пишущих машинок, средства для снятия краски, клея и пятен.

     Тетрахлорэтан. Применяют его для производства трихлорэтилена. 
 
 
 
 
 
 
 

     2. Технологические основы процесса

     2.1 Требования к исходному сырью

     Этилен  СН₂ = СН₂

     Физико-химические свойства:

     – молекулярная масса -28

     – плотность – 1,261 кг/м³

     – растворимость в воде при н. у. – 0,281г/дм³

     – температура кипения – минус 103,71⁰С

     – температура плавления – минус 169,5⁰С

     Этилен  – бесцветный газ с удушливым  сладковатым запахом. По степени  воздействия на организм человека относится  к 4-му классу опасности (ГОСТ 25070 – 87). Предельно – допустимая концентрация этилена 100 мг/м³. При превышении предельно – допустимой концентрации этилен оказывает наркотическое действие, может вызвать головную боль, головокружение, ослабление дыхания, нарушение кровообращения, потерю сознания. Этилен – горючий газ, способный к взрывному разложению при повышенном давлении, высокой температуре или при воздействии открытого огня в присутствии кислорода. Концентрированные пределы воспламенения в воздухе: нижний – не менее 3,11% объемных, верхний – не более 32% объемных [2].

     Хлор  Сl₂

     Физико-химические свойства:

     – молекулярная масса -35

     – плотность – 3,214 кг/м³

     – растворимость в воде при н. у. – 7,4г/дм³

     – температура кипения – минус 34,05⁰С

     – температура плавления – минус 101,6⁰С

     Хлор  – негорючий, удушливый газ с  резким запахом, желто – зеленого цвета, который в 2,5 раза тяжелее  воздуха. Вызывает раздражение верхних  дыхательных путей и слизистых  оболочек, вызывает отек легких. Воздействуя  на кожу, вызывает химический ожог. Класс  опасности – 2 (вещество высоко –  опасное). С водородом образует взрывоопасные  смеси. Предельно – допустимая концентрация хлора 1 мг/м³ [2].

     Таблица 1

     2.2 Аппаратурно-технологическая схема производства дихлорэтана

     В промышленных условиях хлорирование этилена  для получения дихлорэтана проводят в вертикальных цилиндрических хлораторах; тепло реакции отводится холодной водой, циркулирующей в змеевиках  и рубашке аппарата. Хлоратор доверху  заполнен дихлорэтаном, через который  барботируют реагирующие газы — этилен и хлор. Газы должны быть предварительно тщательно осушены, так как влажный хлор, частично гидролизуясь, оказывает коррозионное действие на стальную аппаратуру. При достаточно полной осушке исходных газов всю реакционную аппаратуру и трубопроводы можно изготовлять из обычной углеродистой стали.

     Этилен  поступает с разделительных установок  глубокого охлаждения достаточно осушенным, и дополнительной осушки его не требуется. Из этилена, выделяемого другими способами, например гиперсорбцией, влага должна быть удалена твердыми поглотителями или вымораживанием. Применять для осушки этилена серную кислоту не рекомендуется, так как в ее присутствии происходит осмоление и сульфирование непредельных углеводородов, содержащихся в этиленовой фракции. Для осушки хлора применяют концентрированную серную кислоту, но обычно хлор поступает с хлорного завода уже осушенным. При работе с недостаточно осушенными исходными газами требуется освинцовывать внутренние стенки хлоратора, охлаждающих змеевиков и мешалок.

     Технологическая схема промышленного производства дихлорэтана показана, на рис. 1. В  газовой смеси, поступающей в  хлоратор 1, должен содержаться избыток этилена (5—10% от стехиометрического количества), необходимый для полного связывания хлора. Присутствие хлора в реакционных газах недопустимо, так как взаимодействие хлора с углеводородами в неохлаждаемом трубопроводе может привести к повышению температуры и воспламенению углеводородов. Хлор, подаваемый в хлоратор, разбавляют 

     Рис.1. Схема производства дихлорэтана  из этилена и хлора:

     1 – хлоратор; 2 –  сборник дихлорэтана-сырца; 3 – конденсатор смешения; 4 – холодильник; 5 – промывной скруббер; 6 – нейтрализатор; 7, 13 – разделители; 8 – сборник щелочи; 9 – сборник нейтрализованного дихлорэтана; 10, 14 – ректификационные колонны; 11, 15 – кипятильники; 12, 16 – дефлегматоры; 17 – холодильник.

     воздухом (8—10% от объема реагирующих газов); это дает возможность проводить  хлорирование этилена при 20—30°С.

     Для лучшего контакта между реагирующими газами и более полного растворения  их в дихлорэтане в хлораторе  установлена пропеллерная мешалка. Образующийся дихлорэтан-сырец из хлоратора  самотеком непрерывно перетекает в  сборник 2.

     Отходящие из хлоратора газы (непрореагировавший этилен, газообразные примеси, содержащиеся в исходном этилене и хлоре, воздух) увлекают значительное количество паров дихлорэтана и часть хлористого водорода, образующегося в результате реакций замещения. Поэтому из отходящих газов выделяют дихлорэтан либо абсорбцией растворителями (керосин и др.), либо конденсацией, как показано на схеме. Отходящие газы поступают в насадочный конденсатор смешения 3, смонтированный над холодильником 4. В верхнюю часть конденсатора смешения подают из холодильника 4 охлажденный до -20^о С дихлорэтан для орошения, насадки. Газы, поступающие в нижнюю часть конденсатора смешения, проходят насадку снизу вверх противотоком к дихлорэтану и охлаждаются до -15°С, благодаря чему почти все пары дихлорэтана конденсируются. Сконденсировавшийся дихлорэтан смешивается с дихлорэтаном, подаваемым на орошение, и поступает в холодильник 4, где вновь охлаждается до -20°С. Газы, отходящие из верхней части конденсатора смешения, отмываются водой в скруббере 5 от хлористого водорода и уходят в атмосферу.

     Дихлорэтан-сырец  из сборника 2 перекачивается в аппарат 6, где при перемешивании производится нейтрализация растворенного в дихлорэтане хлористого водорода 5—10%-ным раствором едкого натра. Нейтрализованный дихлорэтан отделяется в разделителе 7 от раствора щелочи и стекает в сборник 9, из которого поступает на осушку и ректификацию. Осушка дихлорэтана производится в ректификационной колонне 10, в нижней части которой поддерживается температура 75—85°С. Из колонны отгоняется азеотропная смесь дихлорэтана с водой, конденсирующаяся в дефлегматоре 12 и частично возвращаемая на орошение колонны 10. Дистиллят расслаивается в разделителе 13; вода направляется на очистную станцию и далее в канализацию, а дихлорэтан возвращается в сборник 9, Из кубовой части колонны 10 стекает обезвоженный дихлорэтан, поступающий далее в ректификационную колонну 14, где дихлорэтан-дистиллят отделяется от трихлорэтана и полихлоридов (кубовая жидкость). [1]

     3. Технико-экономическая оценка процесса

3.1 Безопасность жизнедеятельности

Существует опасность  отравления применяемыми в технологическом  процессе токсичными продуктами: хлором, парами 1,2-дихлорэтана, хлористым водородом, этиленом, 1,1,2-трихлорэтаном, винилхлоридом,  керосином, парами топлива, азотом. Опасность  отравления может возникнуть в результате их утечки, а также нарушения герметичности  фланцевых соединений, сварных швов трубопроводов и оборудования, торцевых и сальниковых уплотнений насосного  оборудования.

     Взрывоопасность связана с содержанием паров 1,2-дихлорэтана в атмосфере и в воздухе рабочих помещений более 6,2% (объемн), этилена более 3% (объемн.), 1,1,2-трихлорэтана более 8,7% (объемн), паров различных видов топлива более 2% (объемн), при нарушениях технологического режима и герметичности оборудования и трубопроводов.

     Пожароопасность связана с применением пожароопасных продуктов (этилена, 1,1,2-трихлорэтана, 1,2-дихлорэтана), горюче-смазочных материалов и с возможностью их загорания.

     Опасность термических ожогов при соприкосновении  с паром, конденсатом, горячей водой; с нагретыми частями оборудования и трубопроводов вследствие нарушения  их теплоизоляции или неполной теплоизоляции [3]. 
 
 
 
 

     3.2 Производственная санитария

     По  санитарной классификации 1,2-дихлорэтана, с точки зрения выделения производственных вредностей в окружающую среду относится к классу I с минимальной защитной зоной 100 метров [5].

     В качестве основной меры защиты работающих от воздействия вредных веществ  является дистанционное управление технологическим процессом, а также применение средств индивидуальной защиты. (спец. одежда, противогаз с фильтрующей коробкой марки БКФ)

     Все лица, занятые на производстве и  имеющие контакт с вредными веществами, должны в обязательном порядке проходить предварительный и периодический медицинский осмотр, знать методы оказания неотложной помощи пострадавшим при отравлении. [6]

     Контроль  за содержанием вредных веществ  в воздухе в рабочей зоне осуществляется с помощью системы контроля воздушной среды производственных помещений. На установке предусматривается наличие газоанализаторов, работающих на определение нижнего предела взрывоопасности взрывоопасных газов или паров легковоспламеняющихся жидкостей (применяемых на производстве) сблокированные с аварийными вентиляционными системами при достижении 20% от нижнего предела взрываемости. [7]

     Все санитарно-бытовые помещения расположены  в отдельно стоящих административно-бытовых зданиях.

     Для локализации выделяющихся вредных  веществ в производственных помещениях, установлена местная и общеобменная вентиляция, обеспечивающая 8-ми кратный воздухообмен по всему объему помещения. Кроме того установлена аварийная вентиляция, сблокированная с газоанализатором.

     Приточные вентиляционные установки совмещены  с системой воздушного отопления. Все  вентиляторы, применяемые на производстве, должны быть взрывозащищенного исполнения.

     Для защиты работающих от шума и вибрации предусмотрены следующие мероприятия:

     – изоляция источников шума и вибрации средствами звуко- и виброизоляции, звуко- и вибропоглощения;

     – рациональное размещение технологического оборудования, машин, механизмов, акустическая обработка помещений. [8]

3.3 Техника безопасности

     Основными мероприятиями, обеспечивающими безопасность технологического процесса, безопасную эксплуатацию технологического оборудования электроустановок являются:

     а) соблюдение обслуживающим персоналом правил пожарной безопасности при эксплуатации установки, при подготовке к ремонту, проведению ремонтных и других видов работ;

     б) ведение технологического процесса в строго заданных нормах технологического режима;

     в) своевременное предупреждение всех утечек из аппаратов, коммуникаций;

     г) эксплуатация электроустановок в соответствии с «Правилами устройства электроустановок»;

     д) эксплуатация сосудов работающих под давлением в соответствии с правилами Ростехнадзора:

     е) постоянный контроль за работой приточно-вытяжной вентиляции, состоянием воздушной среды в производственных помещениях.

     Режим труда и отдыха.

     Установка получения 1,2-дихлорэтана относится  к производствам с особоопасными условиями труда.

     Для дневного персонала установлена  пятидневная рабочая неделя, общей  продолжительностью 36 часов.

     Сменный персонал работает по пяти бригадному графику. Продолжительность одной смены – 8 часов.

     Средства  индивидуальной защиты работающих.

     Для защиты органов дыхания – фильтрующий  противогаз с коробкой марки «БКФ», шланговые противогазы ПШ – 1, ПШ – 2, кислородноизолирующие противогазы КИП – 8 применяются при работе в атмосфере с недостаточным содержанием кислорода менее 18% (объема) и содержанием вредных веществ более 0,5% (объема).

     Для защиты тела – специальная одежда (костюм вискозно-лавсановый или хлопчатобумажный).

     Специальная обувь – сапоги кирзовые, резиновые  или ботинки кожаные.

     Для защиты головы – каска.

     Для защиты рук – рукавицы или перчатки.

     Средства  коллективной защиты:

• Средства нормализации воздушной среды производственных помещений;
• Средства защиты от шума и вибрации;
• Средства защиты от поражения электрическим током;
• Средства защиты от статического электричества;
• Средства защиты от воздействия механических и химических факторов.

     3.4 Электробезопасность

     По  опасности поражения электрическим  током установка производства 1,2-дихлорэтана методом прямого низкотемпературного хлорирования этилена относятся к особо опасным помещениям (ПУЭ). По пожароопасности помещения установки относятся к взрывоопасной категории А [8]

     Согласно  «Правилам устройства электроустановок»  предусматриваем следующую классификацию  производственных помещений и наружных установок по взрывоопасным и пожароопасным зонам.

     Наружная  установка (реакторы, колонна ректификации и т.д.) – В-IГ.

     Помещения (машинный зал) – В-IA.

     В связи с этим допускаемые уровни взрывозащиты электрооборудования следующие:

     – электрические машины повышенной надежности против взрыва, повышенной надежности для аппаратов и приборов, искрящих или подверженных нагреву выше 80⁰С;

     – без взрывозащиты приборов и аппаратов, не искрящих и не нагревающихся выше 80⁰С.

     Для защиты электрооборудования от воздействия  химически активной среды необходимо, чтобы материал, из которого выполнено  электрооборудование, был коррозионностойким, механические части должны быть надежно защищены лакокрасочным или гальваническим покрытием.

     Должны  применяться провода и кабели с поливинилхлоридной изоляцией, а  также провода с резиновой  изоляцией и кабели с резиновой  и бумажной изоляцией в свинцовой или поливинилхлоридной оболочке.

     На  установке должны применяться следующие  мероприятия по электробезопасности: [7]

     – защитное заземление

     – малое напряжение

     Мероприятия по защите от статического электричества [7]:

     1) Отвод зарядов заземляющими устройствами. Заземление – все металлические и электропроводные неметаллические части технологического оборудования должны быть заземлены. Как правило такие заземляющие устройства объединяют с заземляющими устройствами для электроустановок.

     Трубопроводы, вентиляционные короба и т.п. расположенные на установке должна представлять собой на всем протяжении непрерывную электрическую цепь, которая присоединяется к контору заземления не менее чем в двух точках.

     2) Снижение интенсивности возникновения  зарядов статического электричества достигаем соответствующим подбором скорости движения веществ, исключением разбрызгиванием, дробления и распыления, отводом электростатического заряда очистной горючих газов и жидкостей от примесей. Для предотвращения воспламенения среды внутри аппаратов искровым зарядом, а также для исключения образования взрывоопасных смесей в закрытые системы подаем инертные газы – азот.