Введение к работе
Актуальность. 1,2-Дихлорэтан является одним из наиболее многотоннажных продуктов хлорорганического синтеза. Основное его количество расходуется на производство поливинилхлорида, входящего в состав различных видов пластмасс.
В промышленности для получения 1,2-дихлорэтана широко используется процесс жидкофазного хлорирования этилена. Различают низкотемпературное и высокотемпературное жидкофазное хлорирование. Более перспективным является высокотемпературный процесс: он характеризуется низким расходом катализатора, отсутствием сточных вод и эффективной утилизацией тепла реакции, используемого на испарение продукта для его ректификации.
Процесс высокотемпературного жидкофазного хлорирования этилена осуществляют преимущественно в реакторах барботажного типа. Барботаж-ные реакторы имеют ряд недостатков. К основным из них относятся низкая селективность процесса (97,0...98,7 %) и необходимость использования значительного избытка этилена по отношению к расходу хлора (9...25%). Кроме того, реакторы данной конструкции имеют значительные размеры и большую металлоемкость.
Потери реагентов, обусловленные низкой селективностью, и значительный избыток этилена приводят к увеличению себестоимости продукции. Образующиеся в процессе высокотоксичные побочные вещества не находят рационального применения и подлежат захоронению или сжиганию, что наносит вред экосистеме. В связи с этим важное значение приобретает создание нового реактора, обеспечивающего более высокие технико-экономические показатели процесса.
Цель работы состоит в создании реактора высокотемпературного жидкофазного хлорирования этилена новой конструкции, обеспечивающей большую скорость массообмена, высокую селективность процесса и ншкий избыток этилена по отношению к расходу хлора.
Научная новизна. Изучены массообмеыные характеристики эжекцион-ных смесителей в реакторе высокотемпературного жидкофазного хлорирования этилена. Определена зависимость интенсивности десорбции хлора от температуры. Установлено, что причиной снижения селективности процесса высокотемпературного хлорирования этилена является десорбция хлора при контакте раствора с газообразным этиленом. Предложена модель распределения концентрации хлора и этилена в пограничном слое жидкости и получено уравнение для расчета критической концентрации хлора в растворе, при которой происходит интенсивное разрушение пограничных слоев жидкости.
Экспериментальные исследования опытно-промышленного реактора с эжекционными смесителями позволили установить распределение температуры среды, концетрации хлора и газосодержания по высоте реактора; определить значения объемных коэффициентов массопередачи в зонах абсорбции и реакции; определить селективность процесса в широких диапазонах изменения избытка этилена. Показано, что при использовании абгазного хлора примеси азота и водорода мало влияют на селективность процесса.
Практическая ценность. Создан реактор высокотемпературного жидко-фазного хлорирования этилена с эжекционными смесителями, характеризующийся высокой селективностью процесса (99,85...99,95%), низким избытком этилена (2% об.), малой металлоемкостью, простотой конструкции и надежностью в эксплуатации. Ожидаемый экономический эффект от замены барботаж-ных реакторов хлорирования этилена на реакторы эжекционного типа на ОЛО «Саянскхимпром» составляет 11 млн. руб. в год.
Разработана инженерная методика расчета реакторов высокотемпературного жидкофазного хлорирования этилена с эжекционными смесителями.
Апробация. Материалы диссертации опубликованы в 5 статьях и в 5 тезисах докладов. Они доложены на международной научно-практической конференции «Технологические и экологические аспекты комплексной переработки минерального сырья» (Иркутск, 1998), на конференциях «Современные техноло-
гии и научно-технический прогресс» (Ангарск, 1999, 2000), рассмотрены на заседании Научно-технического совета ОАО «ИркутскНИИхиммаш».
Автор выражает благодарность канд. техн. наук Шишкину З.А. за методическую помощь в выполнении данной работы и главному инженеру ОАО «Саянскхимпром», канд. техн. наук Мубаракову Р.Г. за содействие в реализации ряда технических решений по тематике работы.