Повышение эффективности использования тепловой энергии в производстве хлорпарафина марки ХП-470



В статье рассматривается проблема энергоемкости процесса получения хлорированного парафина марки ХП-470 и предлагается один из путей её решения.

Ключевые слова: хлорпарафины, ХП-470, хлорированные парафины.

Парафин хлорированный марки ХП-470 применяется в промышленности в качестве вторичного пластификатора в ПВХ композициях, различного назначения. Хлорпарафин марки ХП-470 является дешевым заменителем дорогих пластификаторов, например, диоктилфталата (ДОФ) и дибутилфталата (ДБФ). Снижение себестоимости хлорпарафина приведет к повышению его конкурентоспособности на современном рынке.

Одним из путей снижения себестоимости является улучшение использования энергоресурсов в процессе производства.

С целью совершенствования технологии производства ХП-470 предлагается использовать тепло, выделяемое при реакции хлорирования парафинов и снимаемое оборотной водой в реакторе хлорирования, для подогрева хлора испаренного перед его подачей на стадию хлорирования.

Блок-схема предлагаемого усовершенствования представлена на рисунке 1.

Рис. 1. Блок-схема повышения энергоэффективности технологии производства ХП-470

Р1, Р2, Р3, Р4, Р5, Р6 — реакторы хлорирования, Т1 — теплообменник типа «труба в трубе»

На производстве-аналоге синтез ХП-470 является периодическим процессом и осуществляется параллельно в шести конструктивно одинаковых аппаратах Р1, Р2, Р3, Р4, Р5 и Р6. В теплообменник позиции Т1 поступает предварительно испаренный хлор, для поддержания температуры хлора испаренного 5–50 °С до подачи в реакторы хлорирования. После загрузки парафина в реакторы хлорирования начинает подаваться испаренный хлор, предварительно подогреваемый в теплообменнике позиции Т1. Предлагаемое улучшение заключается в том, что после начала реакции хлорирования в реакторах позиции Р1 — Р6, тепло, выделяемое в ходе реакции, поступает с водой оборотной в теплообменник Т1 для подогрева хлора испаренного. Материальный баланс на одну операцию для одного реактора представлен в таблице 1.

Таблица 1

Материальный баланс на операцию процесса для одного реактора [1]

Вещество	кмоль/оп	% мольн.	кг/оп	% масс.
Приход
С 15 Н 32		16,42	3419,66	36,97
Cl 2		83,58	5831,23	63,03
Итого:	98,26	100,00	9250,89	100,00
Расход
С 15 Н 2 7 Cl 5		16,42	6201,985	67,04
HCl		82,07	2943,725	31,82
Cl 2 Непрореаг.		1,51	105,09	1,14
Итого:	98,26	100,00	9250,89	100,00

На основании материального баланса был произведен тепловой расчет на одну операцию синтеза ХП-470 для одного реактора хлорирования.

Тепловой баланс процесса получения хлорпарафина ХП-470

Протекающие реакции:

Q = 25,5 ккал (106,6 кДж) на каждый внедренный атом хлора. Начальные температуры поступающих в реактор веществ:

Парафин при Т1пар = 90 °С = 363° К

ХлорТ1Cl2 = 50 °С = 323°К

Температура проведения процесса Т2 = 100 °С = 373 ° К

Таблица 2

Термодинамические константы веществ: [2]

Вещество					, кДж/моль
	a
C15H32	25,57	1247,93	-607,93	-	-
Хлор	37,03	0,67	-	-2,85	278.81
хлористый водород	26,53	4,6	-	1,09	-92,31
хлорпарафин	95,87	797,28	-450,65	-	-

Приход:

Рассчитаем количество теплоты, приносимое веществами.

С парафином:

С хлором:

Тогда суммарно приносится исходными веществами:

Вычислим тепловой эффект протекающей реакции.

В связи с наличием экспериментальных данных о тепловом эффекте химической реакции, примем что H1 = 25,5 ккал/моль (106,6 кДж/моль) на каждый внедренный моль хлора.

Тогда количество тепла, выделившееся в ходе протекания химической реакции, будет равно:

Тогда суммарный приход тепла составит:

Расход:

Рассчитаем количество тепла, уходящее с продуктами реакции и не прореагировавшими компонентами:

С хлором:

С хлорпарафином:

С хлороводородом:

Тогда всего тепла уносится из зоны реакции вместе с продуктами:

Количество теплоты, затраченное на нагрев исходных веществ до температуры реакции составит:

На нагревание парафина:

Хлора:

Таким образом, суммарно тратится на нагрев реагентов:

Примем, что потери тепла в окружающую среду, составят 3 %, то:

Суммарный расход тепла составит:

Тепловая нагрузка на реактор:

— количество тепла, которое нужно отвести от реактора.

Таблица 3

Тепловой баланс процесса получения ХП-470

Приход			Расход
Тепловой поток	Дж/оп	%	Тепловой поток	Дж/оп	%
		79,3			43,1
					1,9
		20,7			3,0
					51,4
		100			100

В результате расчета тепловая нагрузка на один реактор хлорирования составила:

Тогда для шести реакторов Р1 — Р6 величина общего снимаемого тепла cоставит:

Часть этого тепла можно использовать на подогрев испаренного хлора, как это указано на схеме на рисунке 1.

Выбранное направление совершенствования позволит частично решить проблему энергоемкости производства, путем реконструкции стадии синтеза и подготовки сырья технологии производства ХП-470 для более рационального использования выделяемого в ходе реакции тепла.

Литература:

1. Окисление промышленных хлорпарафинов кислородом воздуха: монография / Ю. Л. Зотов, Н. А. Бутакова, Ю. В. Попов; ВолгГТУ — Волгоград, 2014. — 124 с.
2. Краткий справочник физико-химических величин под редакцией К. П. Мищенко и А. А. Равделя, Л.: Химия, 1974 г. — 200 стр.