Новый процесс хлорирования этилена с комбинированным отводом тепла и его аппаратурное оформление тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.08, кандидат технических наук Громова, Елена Викторовна
- Специальность ВАК РФ05.17.08
- Количество страниц 117
Оглавление диссертации кандидат технических наук Громова, Елена Викторовна
ВВЕДЕНИЕ.
ГЛАВА 1. Технологический процесс жидкофазного хлорирования этилена
1.1. Способы получения 1,2 - дихлорэтана.
1.2. Конструкции реакторов хлорирования этилена.
1.3. Закономерности хемосорбции.
1.4. Влияние различных факторов на интенсивность абсорбции и хемосорбции.
1.5. Поверхностные явления при хемосорбции.
1.6. Методы исследования поверхностной конвекции.
1.7. Гидродинамика и массообмен в вакуумных испарителях
1.8. Постановка задач исследования.
ГЛАВА 2. Исследование процесса хлорирования этилена
2.1. Процессы тепло - и массообмена в пленке жидкости.
2.2. Экспериментальные исследования поверхностных явлений при хемосорбции этилена раствором хлора.
ГЛАВА 3. Разработка вакуумного реактора с комбинированным отводом тепла
3.1. Модель идеального вытеснения зоны реакции.
3.2. Ячеечная модель зоны реакции.
ГЛАВА 4. Разработка нового способа жидкофазного хлорирования этилена с комбинированным отводом тепла
ГЛАВА 5. Разработка устройств стабилизации и ввода этилена
5.1. Разработка устройства стабилизации потока жидкости в барботажных газлифтных реакторах.
5.2. Разработка эжекционного устройства для ввода этилена
ВЫВОДЫ.
Рекомендованный список диссертаций по специальности «Процессы и аппараты химической технологии», 05.17.08 шифр ВАК
Высокоселективные газожидкостные химические процессы с большим тепловым эффектом и их аппаратурное оформление2009 год, доктор технических наук Бальчугов, Алексей Валерьевич
Высокоселективный синтез 1,2-дихлорэтана в газлифтном реакторе прямого высокотемпературного жидкофазного хлорирования этилена2013 год, кандидат технических наук Новицкий, Евгений Александрович
Гидравлика и массообмен в барботажном реакторе хлорирования этилена1998 год, кандидат технических наук Мубараков, Рифгат Гусманович
Локальное газосодержание и селективность процесса жидкофазного хлорирования этилена2000 год, кандидат технических наук Куприянов, Василий Васильевич
Быстрые процессы при синтезе полимеров в турбулентных потоках2000 год, кандидат химических наук Захаров, Вадим Петрович
Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Новый процесс хлорирования этилена с комбинированным отводом тепла и его аппаратурное оформление»
Актуальность исследования. 1,2-дихлорэтан является ценным химическим сырьем, которое широко используется в различных областях промышленности в качестве растворителя, а также при производстве других хлорорганических продуктов. В химической промышленности 1,2-дихлорэтан получают методом хемосорбции этилена раствором хлора. Различают низкотемпературный и высокотемпературный процессы хлорирования.
Достоинством низкотемпературного процесса является высокая селективность (99.6%), объясняющаяся замедлением побочных реакций при снижении температуры. К недостаткам, ограничивающим возможность более широкого использования низкотемпературного процесса в промышленности, относятся большой объем сточных вод на стадии отмывки, значительный расход катализатора на единицу продукции, большие расходы воды на охлаждение реакционной массы и потери тепла реакции.
При высокотемпературном процессе хлорирования этилена продукты реакции не содержат катализатор. Они отводятся из реактора в виде насыщенного пара, теплота конденсации которого может быть полезно использована. Однако, вследствие повышения температуры, селективность процесса снижается и требуется очистка 1,2-дихлорэтана от примесей с помощью энергоемкого процесса ректификации.
В предложенном нами низкотемпературном способе хлорирования этилена с комбинированным отводом тепла 1/6 часть выделяющейся в реакторе теплоты отводится за счет испарения 1,2-дихлорэтана при кипении, а 5/6 частей теплоты отводится в выносном теплообменнике.
Жидкофазное хлорирование этилена под вакуумом позволяет совместить достоинства низкотемпературного и высокотемпературного процессов. Понижение давления приводит к уменьшению температуры кипения среды в реакторе, что позволяет обеспечить высокую селективность процесса. Отвод продукта из раствора в виде пара исключает стадию отмывки продукта от катализатора. Все это позволяет повысить техникоэкономические показатели процесса и имеет большое практическое значение.
Цель работы. Разработать новый способ хлорирования этилена с комбинированным отводом тепла и его аппаратурное оформление. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
• исследовать поверхностные явления при хемосорбции этилена раствором хлора;
• разработать модель хемосорбции этилена раствором хлора в газлифт-ном реакторе;
• исследовать влияние давления в верхней части реактора на параметры зоны реакции;
• разработать устройства стабилизации расхода жидкости для барботаж-ного газлифтного реактора хлорирования этилена;
• разработать распределительные устройства для ввода этилена в слой жидкости.
Научная новизна работы состоит в следующем: Разработан низкотемпературный способ хлорирования этилена с комбинированным отводом тепла под вакуумом.
Теоретически предсказана и экспериментально подтверждена поверхностная конвекция при хемосорбции этилена раствором хлора.
Разработана модель хемосорбции этилена в барботажном реакторе, позволяющая определить основные характеристики зоны реакции в зависимости от определяющих факторов.
Разработаны эффективные распределительные устройства для ввода этилена и стабилизации потока жидкости в барботажном реакторе.
Практическая значимость. Реализация нового способа хлорирования этилена позволяет обеспечить содержание 1,2-дихлорэтана в продуктах реакции выше 99,6% и тем самым снизить потери реагентов (хлора и этилена), обусловленные побочными реакциями.
Высокое качество 1,2-дихлорэтана позволяет исключить стадию ректификации продуктов реакции, а также стадию отмывки продуктов от катализатора.
Апробация работы и публикации. Результаты работы докладывались и обсуждались на Всероссийской научно-технической конференции «Новые химические технологии: производство и применение», г. Пенза (2006 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Химия и химическая технология», г. Иркутск (2006 г.), 16 международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях», г. Ростов - на - Дону (2003 г.), VI международном симпозиуме молодых ученых, г. Москва (2002 г.), на ежегодных научно - технических конференциях Ангарской государственной технической академии «Современные технологии и научно - технический прогресс», г. Ангарск (2001 - 2006 г.г.). По материалам диссертации опубликовано 13 печатных работ, в том числе 11 статей. По заявке № 2004131405 «Вакуумный реактор жидкофазного хлорирования этилена» получено решение о выдаче патента РФ от 10.04.2006. По заявке № 2005116091 «Способ получения 1,2 - дихлорэтана под вакуумом» получено решение о выдаче патента РФ от 20.11.2006.
Структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 114 страницах машинописного текста, содержит 40 рисунков, 1 таблицу и 4 приложения на 9 страницах.
Похожие диссертационные работы по специальности «Процессы и аппараты химической технологии», 05.17.08 шифр ВАК
Кинетика и механизм низкотемпературного хлорирования олефинов в твердой фазе1984 год, кандидат химических наук Шилина, Марина Ильинична
Ректификация концентрированных растворов в производстве поливинилхлорида2001 год, кандидат технических наук Рожко, Оксана Николаевна
Ресурсосберегающие, сбалансированные по хлору технологии получения винилхлорида из этанэтиленового сырья2002 год, доктор технических наук Флид, Марк Рафаилович
Хлорирование хлоролефинов С3 в жидкой фазе2000 год, кандидат химических наук Стрижакова, Юлия Александровна
Снижение техногенного воздействия отходов олигомеризации этилена и хлорорганических производств на окружающую среду: на примере ОАО "Каустик"2009 год, кандидат технических наук Залимов, Тимур Раисович
Заключение диссертации по теме «Процессы и аппараты химической технологии», Громова, Елена Викторовна
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
• Разработан новый способ хлорирования этилена с комбинированным отводом тепла за счет частичного испарения жидкости и ее охлаждения в выносном холодильнике, позволяющий повысить селективность процесса до 99.9%.
• Экспериментальные исследования показали, что при хемосорбции этилена раствором хлора на горизонтальной поверхности раздела фаз возникает упорядоченная ячеечная конвекция, ускоряющая мас-соперенос.
Исследование хемосорбции этилена раствором хлора показали, что массообмен протекает в конвективном режиме, обусловленном нестабильностью подвижной границы раздела фаз. На основе материального и теплового баланса, учитывающего тепловой эффект реакции и теплоту растворения хлора, рассчитаны протяженности зон реакции и кипения, и установлено влияние на них кратности циркуляции раствора и давления в аппарате. Показано, что понижение давления в аппарате благоприятно сказывается на температурном режиме реактора и позволяет увеличить селективность процесса хлорирования этилена. Разработан новый реактор жидкофазного хлорирования этилена с комбинированным отводом тепла. Получено решение о выдаче патента РФ на «Способ получения 1,2 - дихлорэтана под вакуумом». Получено решение о выдаче патента РФ на «Вакуумный реактор жидкофазного хлорирования этилена».
Разработаны устройства стабилизации расхода жидкости в барботажных газлифтных реакторах, обеспечивающие равномерное распределение реагентов, исключающие пульсации среды и образование обратных пристеночных потоков. Вследствие низкого гидравлического сопротивления стабилизирующие устройства незначительно снижают протяженность зоны кипения и скорость циркуляции жидкости.
Разработаны распределительные устройства эжекторного типа для ввода этилена в слой жидкости. Газообразный этилен в них увлекает жидкость и ингибитор в виде мелкодисперсных капель с развитой поверхностью контакта фаз. Присутствие в газовой фазе капель аэрозоля с катализатором способствует снижению скорости побочных реакций и обеспечивает образование целевого продукта. Результаты доложены на техническом совете ОАО «СаянскХИМ-ПЛАСТ» и приняты к внедрению.
Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Громова, Елена Викторовна, 2007 год
1. Абдрашитов Я.М. Развитие производства винилхлорида в Стерлита-макском АО «Каустик». Основные технические решения. Химическая промышленность, 1996, № 5. - с. 320 - 324.
2. Аветьян М.Г., Сонин Э.В., Зайдман О.А. Исследование процесса прямого хлорирования этилена в промышленных условиях. Химическая промышленность, 1991, № 12, с. 710 713.
3. Аветьян М.Г., Трегер Ю.А., Сонин Э.В. Анализ действующих производств винилхлорида из этилена. Химическая промышленность, 1991, №10, с. 579-583.
4. Авторское свидетельство СССР 245014.
5. Авторское свидетельство СССР 523072.
6. Аксельрод Ю.В. Газожидкостные хемосорбционные процессы. Кинетика и моделирование. М.: Химия, 1989. - 240 с.
7. Аксельрод Ю.В., Дильман В.В., Фурмер Ю.В. ТОХТ. 1971. Т. 5. № 5. с. 676-783.
8. Аксельрод Ю.В., Дильман В.В., Фурмер Ю.В. ТОХТ. 1973. Т. 7. № 5. с. 683-690.
9. Александров И.А., Гройсман С.А. ТОХТ.1975. № 1. С. 115.
10. Ю.Багдасаров В.Г. Теория, расчет и практика эргазлифта. М - Л.: Гостоптехиздат, 1947.
11. Бальчугов А. В. Диссертация на соискание степени кандидата технических наук. Гидравлика, тепло- и массообмен в реакторе хлорирования этилена с эжекционными смесителями. Ангарск, 2000.
12. Бальчугов А.В, Громова Е.В. Стабилизация расхода циркуляции в газлифтном абсорбере. // Известия высших учебных заведений. Серия «Химия и химическая технология» 2007, Т. 50, вып. 1, с. 76 -78.
13. Бальчугов А.В., Громова Е.В., Ульянов Б.А. Массопередача при хемосорбции этилена раствором хлора на горизонтальной поверхности раздела фаз. // Сборник научных трудов. Ангарск: АГТА, 2001, с. 59-62.
14. Бальчугов А.В., Громова Е.В., Ульянов Б.А. Поверхностная конвекция при хемосорбции с мгновенной химической реакцией. // Сборник научных трудов. Ангарск: АГТА, 2006, с. 24 - 28.
15. Бальчугов А.В., Громова Е.В., Ульянов Б.А. Ячеечная модель зоны реакции в барботажном реакторе синтеза дихлорэтана. // Сборник научных трудов. Ангарск: АГТА, 2006, с. 18 - 24.
16. Бальчугов А.В., Кузнецов A.M., Ульянов Б.А., Самсонов В.В., Шишкин З.А. Физико-химические явления на границе раздела фаз в системе этилен-раствор хлора. // Сборник научных трудов к 50-летию ОАО «ИркутскНИИхиммаш». Иркутск, 1999. 325 с.
17. Бальчугов А.В., Ульянов Б.А. Подвижная граница в процессах тепло- и массообмена. // Монография. Ангарск: АГТА, 2006. - 121с.
18. Беннет К.О., Майерс Дж.Е. Гидродинамика, теплообмен и массооб-мен. Пер. с англ. Под ред. Н.И. Гельперина и А.А. Чарного. М.: «Недра», 1966. с. 728.
19. Берд Р., Сгюарт В., Лайтфут Е. Явление переноса. М.: Химия, 1974. - 687с.
20. Бирих Р.В., Люшнин А.В. Влияние конвекции Марангони на посекционный механизм неустойчивости. ТОХТ. 2000, т. 70, № 1, с. 19 -23.
21. Большев Л.Н., Смирнов Н.В. Таблицы математической статистики. -М.: Наука, 1983.-416 с.
22. Братолюбов А.С. Успехи химии. 1961, Т. 30. с. 1391.
23. Вентцель Е.С., Овчаров Л.А. Теория вероятностей и ее инженерные приложения. М.: ВШ, 2000. - с. 445 - 476.
24. Вихман Т.Л., Круглов С.А. Основы конструирования аппаратов и машин нефтеперерабатывающих заводов. М.: Машиностроение, 1978.-с. 435.
25. Воронов А.Ю., Громова Е.В., Бальчугов А.В., Ульянов Б.А., Яровой П.Н. Лазерная диагностика поверхностных явлений при массопередаче в системе газ-жидкость. // Сборник научных трудов. Ангарск: АГТА, 2003, с. 172- 174.
26. Ганчев Б.Г., Козлов В.М. ТОХТ. 1973, т. 8, № 5, с. 727 735.
27. Гершуни Г.З., Жуховицкий Е.М. Конвективная устойчивость несжимаемой жидкости. М.: Наука, 1972. - 380 с.
28. Гетлинг А.В. Конвекция Релея-Бенара. Структуры и динамика. М.: Эдиториал УРСС, 1999. - 248 с.
29. Гидродинамическая неустойчивость. Пер. с англ. А.С. Монина. М.: Изд-во «Мир», 1964. - с. 373.
30. Гилбденблат И.А. ТОХТ. 1968. Т.2. № 4. с. 637 638.
31. Головин А.А., Рабинович JI.M. Модели массопереноса в условиях межфазной конвекции. Теоретические основы химической технологии. 1990. № 5. с. 592.
32. ГОСТ 14249-89 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность.
33. ГОСТ 24755-89 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность укрепления отверстий.
34. Гридин И.Д. Химическая промышленность. 1977. № 11- с. 865 -866.
35. Громова Е.В., Бальчугов А.В., Ульянов Б.А. Определение протяженности зоны реакции в барботажном реакторе. // Материалы докладов Всероссийской научно-практической конференции: Химия и химическая технология. Иркутск: ИрГТУ, 2006, с. 52-55.
36. Громова Е.В., Бальчугов А.В., Ульянов Б.А., Подоплелов Е.В. Мас-соперенос при хемосорбции с мгновенной химической реакцией. // Известия высших учебных заведений. Серия «Химия и химическая технология», 2006, Т. 49, вып. 10, с. 101 - 103.
37. Дильман В.В. Теоретические основы химической технологии. 1967, т. 1,№4, с. 445.
38. Дильман В.В., Аксельрод Ю.В., Хуторянский Ф.М. ТОХТ. 1977, т. 11. № 1, с. 11-16.
39. Дильман В.В., JIotxob В.А., Кулов Н.Н., Найденов В.И. Динамика испарения. Теоретические основы химической технологии, 2000. № 3, с. 227-236.
40. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. Машиностроение, 1975. 559 с.
41. Каминский В.А., Рабинович Л.М. О критериях возникновения и структуре поверхностной конвекции при абсорбции и хемосорбции. Теоретические основы химической технологии. 1993.-№ 4. - с. 359 -367.
42. Карслоу Г, Егер Д. Теплопроводность твердых тел. М.: Наука. 1964.-488с.
43. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, 1971. - 784с.
44. Кафаров В.В. Основы массопередачи. М.: Высшая школа, 1979. -с.158 - 164.
45. Кейс В.М. Конвективный тепло- и массоперенос. М.: Энергия, 1972.-446с.
46. Куприянов В.В. Диссертация на соискание степени кандидата технических наук. Разработка методики исследования объемных концентраций дисперсной газовой фазы в дисперсионной жидкой среде для реакторов жидкофазного хлорирования этилена. Иркутск, 1997.
47. Кутепов A.M., Полянин А.Д., Запрянов З.Д., и др. Химическая гидродинамика. Справочное пособие. -М.: Бюро Квантум, 1996. 336 с.
48. Коган В.Б., Фридман В.М., Кафаров В.В. Справочник по растворимости. Т. 1., кн. 2 М - Д.: Академия наук СССР, 1962. - с. 1178.
49. Коган В.Б., Харисов М.А. Оборудование для разделения смесей под вакуумом. JL: Машиностроение, 1976. с. 376.
50. Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры, Л.: Машиностроение, 1970. 752с.
51. Лебедев И.В., Ринкявичус Б.С., Ястребова Е.В. Исследование пограничного слоя с помощью ОКГ. ПМТФ. 1871. № 1, с. 1500 1512.
52. Лебедев Н.Н., Манаков Н.Н., Швец В.Ф. Теория технологических процессов основного органического и нефтехимического синтеза. -М.: Химия, 1984.-с. 335.
53. Леванова С. В., Евстегнеев О.В., Берлин Э. Р., Трегер Ю. А. ЖФХ. 1987, Т. 61. Вып. 12., с. 3202.
54. Левин Р.Е. Новый выпарной аппарат. М.: Металлургиздат. 1957. -199 с.
55. Левич В.Г. Физико-химическая гидродинамика. М.: Физмат-гиз,1959. - 699с.
56. Линде X. Гидродинамика межфазных поверхностей. Пер. с англ. под ред. Буевича Ю.А. М.: Мир, 1984. - 210с.
57. Линде X., Шварц П. ТОХТ. 1971. т. 5. № 3, с. 401-407.М.: Эдиториал УРСС, 1999.-248 с.
58. Мубараков Р.Г. Гидравлика и массообмен в барботажном реакторе хлорирования этилена. Диссертация на соискание степени канд. техн. наук. - Ангарск, 1998.
59. Плановский А.Н., Николаев П.И. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии. М.: Химия, 1972. - 493 с.
60. Попов Д.М. ТОХТ. 1981, №1, - с. 220.
61. Портнов М.Я., Сеферович Я.Е. Определение ряда констант ди- и трихлорэтана. // Сборник работ лабораторий института. Хлорорганические растворители. Л: ОНТИ - ХИМТЕОРЕТ, 1935.
62. Протодьяконов И.О., Глинский В.А. Экспериментальные методы исследования гидродинамики двухфазных систем в инженерной химии. Л.: Изд. ЛГУ. 1982. с. 196.
63. Рамм В.М. Абсорбция газов. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: «Химия», 1976.
64. Ринкевичюс Б.С. Теплофизика высоких температур. 1970. т. 8. № 5, с. 1073- 1081.
65. Савистовский Г. Последние достижения в области жидкостной экстракции. М.: «Химия», 1974. с. 448.
66. Серафимов JI. А., Тимофеев В. С., Писаренко Ю. А., Солохин А. В. Технология основного органического синтеза. Совмещённые процессы. М.: Химия, 1993. - с. 416.
67. Скабло А.И., Трегубова И.А., Молоканов Ю.К. Процессы и аппараты нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Химия, 1982. - 585с.
68. Соколов В.Н., Доманский И.В. Газожидкостные реакторы. Д.: Машиностроение, 1976. - с. 7 - 113.
69. Соколов Е.Я., Зингер Н.М. Струйные аппараты. М.: Энергия, 1970. -288 с.
70. Сполдинг Д.Б. Конвективный массоперенос. М. - JL: Энергия, 1965.-384с.8 7. Справочник нефтепереработчика: Справочник / Под ред. Г.А. Лас-товкина, Е.Д. Радченко, М.Г. Рудина. Л.: Химия, 1986. - 648с.
71. Таубман Е.И. Расчет и моделирование выпарных установок. М.: «Химия», 1970.-с. 216.
72. Тимонин А.С. Основы конструирования и расчета химико-технологического и природоохранного оборудования: Справочник. Т. 3. Калуга: Издательство Н. Бочкаревой, 2002. - 1028 с.
73. Трегер Ю.А., Пименов И.Ф., Гольфанд Е.А. Справочник по физико-химическим свойствам хлоралифатических соединений С1-С5. Л.: Химия. 1973. 184 с.
74. Ульянов Б.А., Бадеников В.Я., Ликучев В.Г. Процессы и аппараты химической технологии. Ангарск.: АГТА, 2005. - 903 с.
75. Усюкин И.П., Шлейников Б.М., Сорокина Е.С. Растворимость этилена в некоторых селективных органических растворителях при низких температурах. Газовая промышленность. М.: ГОСТОПТЕХИЗДАТ, 1963,№4,-с.40-42.
76. Шамраев В.Н. и др. Химическая промышленность. 1985, № 1, с. 3941.
77. Шиляев М.И., Толстых А.В., Деренок А.Н., Хромова Е.М. Моделирование тепломассообмена при формировании пузырей в барботаж-ных аппаратах. ТОХТ, Т. 73, вып. 6,2003. с. 575 - 583.
78. Шишкин З.А. и др. Исследование и модернизация реактора высокотемпературного жидкофазного хлорирования этилена. Сборник научных трудов к 50-летию ОАО «ИркутскНИИхиммаш». Иркутск. 1999. с. 308-312.
79. Шпаковский Р.П., Пастухова Г.В. Массотеплоотдача при испарении в газовый поток. ТОХТ, Т. 20, вып. 3., 1998 с. 256 - 263.
80. Щелкунов Б.И., Ульянов Б.А. Гидравлика и массообмен в тарельчатых ректификационных аппаратах. Иркутск: Изд. ИрГТУ, 1997. с. 244.
81. Эбелинг В. Образование структур при необратимых процессах: Пер. с англ. М.: Мир, 1979. 279 с.
82. Юдаев Б.Н. Теплопередача. М.: Высшая школа, 1973. - 359 с.
83. Юдина Л.А., Аксельрод Ю.В. Абсорбция газов. Ч. 3. Гродно, 1983. -с. 197- 198.
84. Higbie R. Trans Am. Inst. Chem. Eng., 1935. 31. - P. 365.
85. Linde H. Marangoni-instabililities. In: Convective transport and instability phenomena/Ed. J. Zierep, H. Oertel. Karlsruhe: Braun-Verlag, 1981, p. 265.
86. Linde H., Shwarts P., Wilke H. Dissipative structures and nonlinear kinetics of Marangony-instability// Lecture Notes in Physics. 1979. № 105. -P.75.
Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.