Синтез трихлорэтилена в реакторе периодического типа с осуществлением рецикла водно-солевого слоя

Трихлорэтилен – один из основных промышленных продуктов предприятий хлорорганического синтеза. За счет высокой растворяющей способности, негорючести и незначительной токсичности он используется в различных отраслях промышленности, сфере бытового обслуживания, для наркоза и анестезии в медицине. Области применения ТХЭ продолжают расширяться, в том числе как сырья для получения разнообразных химических продуктов. Разработан ряд методов его промышленного производства, однако, благодаря своей простоте и дешевизне, метод дегидрохлорирования тетрахлорэтана 11– 18 %-ным известковым молоком используется в промышленности до настоящего времени, в том числе и на Волгоградском ВОАО «Химпром». Основной недостаток этого процесса – образование большого количества загрязненных неприятно пахнущими хлорорганическими примесями шламсодержащих сточных вод (15–25 м³/т товарного продукта). Данная проблема особенно острая для ВОАО «Химпром». Наличие в отработанном известковом молоке осадка, выступающего как адсорбент примесей, резко ухудшает экологические условия отделения шлама, приводя к загазованности отделения фильтрации интенсивно пахнущими компонентами. В составе этих примесей наряду с исходным тетрахлорэтаном и конечным ТХЭ, по данным газохроматографического анализа, определены пента- и гексахлорэтаны, а также гексахлорбутадиен и другие, в том числе не идентифицированные компоненты. Исключение образования осадка возможно при замене известкового молока на водный раствор едкого натра, в том числе за счет более высокой растворимости образующегося хлористого натрия по сравнению с хлористым кальцием. При этом, несмотря на относительное удорожание используемого щелочного агента, возможно исключение расходов на осуществление фильтрации шлама, его последующее захоронение и снижение общего количества сточных вод и, следовательно, расходов на их перекачку и биологическую очистку. Однако и в этом случае возможность многократного рецикла водно-солевого слоя будет ограничена достижением предела растворимости хлористого натрия. Хлорид натрия умеренно растворяется в воде, его растворимость мало зависит от температуры: коэффициент растворимости NaCl (в г на 100 г воды) равен 35,9 при 21 °C и 38,1 при 80 °C. Растворимость хлорида натрия существенно снижается в присутствии хлороводорода, гидроксида натрия, солей — хлоридов металлов, что нужно учитывать при расчете рецикла водно-солевого слоя.

Рассмотрим возможность осуществления рецикла водно-солевого слоя процесса дегидрохлорирования тетрахлорэтана раствором гидроксида натрия на примере производства трихлорэтилена на ВОАО «Химпром».

Синтез проводится в реакторе периодического действия, подогрев реакционной массы, а также ее перемешивание осуществляется за счет острого пара, подаваемого в реакционное пространство. Образовавшийся трихлорэтилен испаряется, за счет чего производится эффективный отвод тепла экзотермической реакции. После этого в реакторе остается водно-солевой слой, состоящий из непрореагировавшего раствора NaOH, воды и соли - продуктов реакции и воды - сконденсировавшегося пара. Этот водно-солевой возможно использовать многократно.

Рецикл организован таким образом, что водный раствор, содержащий соль хлорида натрия, находящийся в реакторе после синтеза частично сливается. Оставшаяся в аппарате водная часть, согласно данным материального баланса, доводится до исходных концентраций. Затем вновь осуществляется синтез.

Таблица 1

Материальный баланс производства трихлорэтилена для расчета рецикла водно-солевого слоя

Основываясь на данных материального баланса производства рассчитаем концентрацию NаСl в реакторе после первого цикла, для этого:

Дополнительный расчет рецикла в HYSYS показал, что необходимо слить из ректора 50% смеси, в реакторе остается, кг:

Концентрация NаСl в реакторе после слива 50% смеси остается равной 10,43%.

Концентрация NаОН в реакторе после слива 50% смеси:

Доведем массу NаОН до исходной 892,13 кг:

Доведем массу Н₂О до исходной 9588,64 кг:

Состав смеси в реакторе перед вторым циклом:

Концентрация NаСl перед вторым циклом:

После второго цикла образуется 1129,90 кг NаСl.

Для второго и последующих циклов концентрация NаСl рассчитывается аналогично. Однако нужно учесть накопление хлорида натрия. Выведем общее уравнение для расчета концентрации NаСl в реакторе после протекания реакции и перед ней.

Сведем данные в таблицу:

Таблица 2

Накопление соли NаСl в реакторе при организации рецикла водно-солевого слоя

Как видно по данным таблицы 2, начиная с 12 цикла, накопление NaCl переходит в стационарный режим. Концентрация соли не превышает 20%, что говорит о том, что в данных условиях соль в осадок не выпадает. Следовательно, возможно организовать рецикл водно-солевого слоя с неограниченным количеством циклов.

Проведенный расчет показал, что совершенствование способа получения трихлорэтилена путем замены щелочного агента на раствор гидроксида натрия и организация рецикла водно-солевого слоя позволило избежать образования большого количества загрязненных неприятно пахнущими хлорорганическими примесями шламсодержащих сточных вод. Рецикл дал возможность более полного использования дорогостоящего щелочного агента, обеспечил сокращение количества сточных вод в два раза без ухудшения их качества.

Литература:

1. Промышленные хлорорганические продукты: справочник / под ред. Л. А. Ошина. – М.: Химия, 1978. – 656 с.

2. Трегер, Ю. А. Основные хлорорганические растворители / Ю. А. Трегер, Л. М. Карташов, Н. Е. Кришталь. – М.: Химия, 1984. – 224 с.

3. Муганлинский, Ф. Ф. Химия и технология галогенорганических соединений / Ф. Ф. Муганлинский, Ю. А. Трегер, М. М. Люшин. – М.: Химия, 1991. –272 с.

4. Кабердин, Р. В. Трихлорэтилен в органическом синтезе / Р. В. Кабердин, В. И. Поткин // Успехи химии. – 1994. – № 8. – Т. 63. – С. 673–692.

5. Ускач Я. Л., Зотов С. Б., Попов Ю. В.Совершенствование технологии получения трихлорэтилена.- Волгоград: Известия ВолгГТУ, 2009.-С. 93-96.